(57)【要約】【課題】機関冷間始動時に分離膜を迅速に昇温させるべく分離膜に供給される燃料を迅速に昇温することができる車載用燃料分離装置を提供する。【解決手段】燃料分離装置は、原料燃料を貯留する原料燃料貯留タンク３１と、原料燃料を原料燃料よりもオクタン価の高い高オクタン価燃料と原料燃料よりもオクタン価の低い低オクタン価燃料とに分離する分離膜を備えた分離器３５と、分離器によって分離された高オクタン価燃料を貯留する高オクタン価燃料貯留タンク３２とを具備する。分離膜の温度が高オクタン価燃料分離温度よりも低いときには高オクタン価燃料貯留タンクに貯留されている高オクタン価燃料が分離器に供給される。これにより燃料の気化が抑制され、燃料を迅速に昇温することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料燃料を貯留する原料燃料貯留タンクと、原料燃料を原料燃料よりもオクタン価の高い高オクタン価燃料と原料燃料よりもオクタン価の低い低オクタン価燃料とに分離する分離膜を備えた分離器と、該分離器によって分離された高オクタン価燃料を貯留する高オクタン価燃料貯留タンクとを具備する、車載用燃料分離装置において、
上記分離膜の温度が高オクタン価燃料分離温度よりも低いときには高オクタン価燃料貯留タンクに貯留されている高オクタン価燃料を上記分離器に供給するようにした、車載用燃料分離装置。
【請求項２】
上記分離膜の温度が高オクタン価燃料分離温度以上となったら原料燃料貯留タンクに貯留されている原料燃料を上記分離器に供給するようにした、請求項１に記載の車載用燃料分離装置。
【請求項３】
上記原料燃料貯留タンクと分離器と高オクタン価燃料貯留タンクとに連通する三方弁をさらに具備し、該三方弁は上記分離膜の温度が高オクタン価燃料分離温度よりも低いときには高オクタン価燃料貯留タンクと分離器とを連通させ、上記分離膜の温度が高オクタン価燃料分離温度以上であるときには原料燃料貯留タンクと分離器とを連通させる、請求項２に記載の車載用燃料分離装置。
【請求項４】
燃料を加熱する燃料加熱装置を更に具備し、上記分離器に流入する燃料は該分離器に流入する前に上記燃料加熱装置によって加熱される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の車載用燃料分離装置。
【請求項５】
燃料が流れることによって負圧を発生させるジェットポンプをさらに具備し、
上記分離器は分離膜によって二つのチャンバに分けられており、これらチャンバのうち一方のチャンバはジェットポンプによって発生する負圧により圧力が低下せしめられる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の車載用燃料分離装置。
【請求項６】
上記高オクタン価燃料貯留タンクから燃料噴射弁へ燃料を供給するための通路から延びると共に高オクタン価燃料貯留タンクから燃料噴射弁へと向かう燃料の一部を高オクタン価燃料貯留タンクへと戻すリターン通路を具備し、
上記ジェットポンプは、該リターン通路に取り付けられ、該リターン通路内を高オクタン価燃料が流れることによって負圧を発生させる、請求項５に記載の車載用燃料分離装置。
【請求項７】
上記分離膜の温度が高オクタン価燃料分離温度よりも低いときに分離器に供給される高オクタン価燃料の圧力は、上記分離膜の温度が高オクタン価燃料分離温度以上であるときに分離器に供給される原料燃料の圧力よりも高くされる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の車載用燃料分離装置。
【請求項８】
原料燃料を貯留する原料燃料貯留タンクと、原料燃料を原料燃料よりもオクタン価の高い高オクタン価燃料と原料燃料よりもオクタン価の低い低オクタン価燃料とに分離する分離膜を備えた分離器と、該分離器によって分離された高オクタン価燃料を貯留する高オクタン価燃料貯留タンクとを具備する、車載用燃料分離装置において、
上記分離膜の温度が高オクタン価燃料分離温度よりも低いときに分離器に供給される燃料の圧力は、上記分離膜の温度が高オクタン価燃料分離温度以上であるときに分離器に供給される燃料の圧力よりも高くされる、車載用燃料分離装置。
【請求項９】
上記分離器へ流入する燃料の圧力を制御するレギュレータを更に具備し、該レギュレータの作動圧力を変更することにより分離器に供給される燃料の圧力が変更せしめられる、請求項７又は８に記載の車載用燃料分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は車載用燃料分離装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
原料として供給される燃料（すなわち原料燃料）を分離して、原料燃料とは性状の異なる燃料を生成する燃料分離装置が知られている。このような燃料分離装置としては、例えば、原料燃料を、原料燃料よりもオクタン価が高い高オクタン価燃料とオクタン価が低い低オクタン価燃料とに分留する分留器を備えたものがある（例えば、特許文献１）。
【０００３】
特に、特許文献１に記載の燃料分離装置では、分留器に近接して温度調節器が設けられており、この温度調節器により分留器内の燃料の温度を変えることにより、原料燃料の分留を行うようにしている。また、上記燃料分離装置では、機関冷間始動時においては、分留器は分留に適した温度環境となっていないため、分留器が分留に適した温度環境となるまで分留器による分留動作を停止するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２３１８１８号明細書
【特許文献２】特開２００１−５００７０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、燃料分離装置として、燃料中の高オクタン価成分を選択的に透過させる分離膜を備えたものが提案されている。この燃料分離装置では、分離膜の一方の側に原料燃料よりもオクタン価が高い高オクタン価燃料が生成され、分離膜の他方の側には原料燃料よりもオクタン価が低い低オクタン価燃料が生成される。
【０００６】
この分離膜により原料燃料を最適に分離するためには、分離膜が或る程度の温度となっている必要がある。したがって、機関冷間始動時には、分離膜の温度を迅速に昇温する必要がある。特に、分離膜の昇温が分離膜に供給される原料燃料によって行われる場合、分離膜に供給される原料燃料の温度を迅速に上昇させる必要がある。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、機関冷間始動時に分離膜を迅速に昇温させるべく分離膜に供給される燃料を迅速に昇温することができる車載用燃料分離装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、第１の発明では、原料燃料を貯留する原料燃料貯留タンクと、原料燃料を原料燃料よりもオクタン価の高い高オクタン価燃料と原料燃料よりもオクタン価の低い低オクタン価燃料とに分離する分離膜を備えた分離器と、該分離器によって分離された高オクタン価燃料を貯留する高オクタン価燃料貯留タンクとを具備する、車載用燃料分離装置において、上記分離膜の温度が高オクタン価燃料分離温度よりも低いときには高オクタン価燃料貯留タンクに貯留されている高オクタン価燃料を上記分離器に供給するようにした。
分離膜の昇温は、例えば、分離器に流入する燃料を加熱し、燃料から熱を分離膜に伝達させることにより行われる。ところが、原料燃料を加熱すると原料燃料が気化してしまい、気化熱により原料燃料が十分に昇温されない。その結果、分離膜を迅速に昇温することができない。これに対して、第１の発明では、分離膜の温度が低いときには分離器には高オクタン価燃料が流入する。高オクタン価燃料は原料燃料と比較して気化しにくく、よって高オクタン価燃料は迅速に昇温される。
【０００９】
第２の発明では、第１の発明において、上記分離膜の温度が高オクタン価燃料分離温度以上となったら原料燃料貯留タンクに貯留されている原料燃料を上記分離器に供給するようにした。
【００１０】
第３の発明では、第２の発明において、上記原料燃料貯留タンクと分離器と高オクタン価燃料貯留タンクとに連通する三方弁をさらに具備し、該三方弁は上記分離膜の温度が高オクタン価燃料分離温度よりも低いときには高オクタン価燃料貯留タンクと分離器とを連通させ、上記分離膜の温度が高オクタン価燃料分離温度以上であるときには原料燃料貯留タンクと分離器とを連通させる。
【００１１】
第４の発明では、第１〜第３のいずれか一つの発明において、燃料を加熱する燃料加熱装置を更に具備し、上記分離器に流入する燃料は該分離器に流入する前に上記燃料加熱装置によって加熱される。
【００１２】
第５の発明では、第１〜第４のいずれか一つの発明において、燃料が流れることによって負圧を発生させるジェットポンプをさらに具備し、上記分離器は分離膜によって二つのチャンバに分けられており、これらチャンバのうち一方のチャンバはジェットポンプによって発生する負圧により圧力が低下せしめられる。
【００１３】
第６の発明では、第５の発明において、上記高オクタン価燃料貯留タンクから燃料噴射弁へ燃料を供給するための通路から延びると共に高オクタン価燃料貯留タンクから燃料噴射弁へと向かう燃料の一部を高オクタン価燃料貯留タンクへと戻すリターン通路を具備し、上記ジェットポンプは、該リターン通路に取り付けられ、該リターン通路内を高オクタン価燃料が流れることによって負圧を発生させる。
【００１４】
第７の発明では、第１〜第６のいずれか一つの発明において、上記分離膜の温度が高オクタン価燃料分離温度よりも低いときに分離器に供給される高オクタン価燃料の圧力は、上記分離膜の温度が高オクタン価燃料分離温度以上であるときに分離器に供給される原料燃料の圧力よりも高くされる。
【００１５】
上記課題を解決するために、第８の発明では、原料燃料を貯留する原料燃料貯留タンクと、原料燃料を原料燃料よりもオクタン価の高い高オクタン価燃料と原料燃料よりもオクタン価の低い低オクタン価燃料とに分離する分離膜を備えた分離器と、該分離器によって分離された高オクタン価燃料を貯留する高オクタン価燃料貯留タンクとを具備する、車載用燃料分離装置において、上記分離膜の温度が高オクタン価燃料分離温度よりも低いときに分離器に供給される燃料の圧力は、上記分離膜の温度が高オクタン価燃料分離温度以上であるときに分離器に供給される燃料の圧力よりも高くされる。
第８の発明では、分離膜の温度が低いときには、分離器に供給される燃料の圧力が高められる。燃料の圧力が高いと燃料は気化しにくくなる。このため、燃料を迅速に昇温することができる。
【００１６】
第９の発明では、第７又は第８の発明において、上記分離器へ流入する燃料の圧力を制御するレギュレータを更に具備し、該レギュレータの作動圧力を変更することにより分離器に供給される燃料の圧力が変更せしめられる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、分離膜に供給される燃料を迅速に昇温することができ、よって機関冷間始動時に分離膜を迅速に昇温させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】燃料分離装置の搭載される火花点火式内燃機関の側面断面図である。
【図２】第一実施形態の燃料分離装置の概略構成を模式的に示す図である。
【図３】第一実施形態の燃料分離装置において機関通常運転時における燃料の流れを示す図である。
【図４】三方弁を高オクタン価燃料供給位置に切り替えた場合の燃料の流れを示す図である。
【図５】第二実施形態の燃料分離装置の概略構成を模式的に示す図である。
【図６】第三実施形態の燃料分離装置での機関通常運転時の燃料の流れを示す図である。
【図７】第三実施形態の燃料分離装置での機関冷間始動時の燃料の流れを示す図である。
【図８】第三実施形態の燃料分離装置の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。図１に燃料分離装置の搭載される火花点火式内燃機関の側面断面図を示す。
【００２０】
図１を参照すると、１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は燃焼室５の頂面中央部に配置された点火プラグ、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気弁、１０は排気ポートをそれぞれ示す。シリンダヘッド４のシリンダ内壁面周辺部には燃焼室５内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁（以下、「筒内燃料噴射弁」という）１１ａが配置される。吸気ポート８は吸気枝管１２を介してサージタンク１３に連結され、各吸気枝管１２にはそれぞれ対応する吸気ポート８内に向けて燃料を噴射するための燃料噴射弁（以下、「ポート燃料噴射弁」という）１１ｂが配置される。これら燃料噴射弁１１ａ、１１ｂは燃料分離装置３０に接続される。
【００２１】
サージタンク１３は吸気ダクト１４を介してエアクリーナ１５に連結され、吸気ダクト１４内にはアクチュエータ１６によって駆動されるスロットル弁１７とエアフロメータ１８とが配置される。一方、排気ポート１０は排気マニホルド１９を介して排気浄化触媒（例えば三元触媒）を内蔵した触媒コンバータ２０に連結される。触媒コンバータ２０は排気管２１に接続される。
【００２２】
次に、本実施形態の車載用の燃料分離装置３０について説明する。燃料分離装置３０は、原料燃料貯留タンク内に貯留された原料燃料（例えば、通常の（市販の）ガソリン）を、原料燃料よりもオクタン価の高い高オクタン価燃料と原料燃料よりもオクタン価の低い低オクタン価燃料とに分離し、高オクタン価燃料をポート燃料噴射弁１１ｂに、低オクタン価燃料を筒内燃料噴射弁１１ａに供給する。
【００２３】
図２は燃料分離装置３０の概略構成を模式的に示す図である。図２に示したように、燃料分離装置３０は、原料燃料貯留タンク３１と、高オクタン価燃料貯留タンク３２と、三方弁３３と、燃料加熱器３４と、分離ユニット３５と、ジェットポンプ３６とを具備する。
【００２４】
分離ユニット３５は、耐熱容器からなるハウジング３５ａをアロマ分離膜３５ｂで２つのチャンバ３５ｃ、３５ｄに区分した構成とされている。アロマ分離膜３５ｂとしては、ガソリン中の芳香族成分を選択的に透過させる性質を有するものが使用される。すなわち、アロマ分離膜３５ｂでは、原料燃料を一方の側（例えば、チャンバ３５ｃ側、すなわち低オクタン価燃料側）に比較的高い圧力で供給し、もう一方の側（例えば、チャンバ３５ｄ側、すなわち高オクタン価燃料側）を比較的低圧に保持すると、主に原料燃料中の芳香族成分が分離膜３５ｂを透過して分離膜３５ｂの低圧側（チャンバ３５ｄ側、すなわち高オクタン価側）の表面に浸出して低圧側に面した分離膜３５ｂ表面を覆うようになる。
【００２５】
この低圧側の分離膜３５ｂの表面を覆う液状の浸出燃料を除去することにより、高圧チャンバ３５ｃ側から低圧チャンバ３５ｄ側に連続的に分離膜３５ｂを通して芳香族成分の浸出が生じるようになる。本実施形態では、低圧側（チャンバ３５ｄ側）の圧力を浸出した芳香族成分の蒸気圧よりも低い圧力に維持することにより、低圧側の分離膜３５ｂ表面を覆う芳香族成分を多く含む浸出燃料を蒸発させて連続的に表面から除去し、燃料蒸気の形で回収するようにしている。このようにして回収された燃料蒸気は芳香族成分を多く含んでおり、よって分離膜３５ｂの低圧側には高オクタン価燃料が生成されることになる。
【００２６】
一方、分離膜ユニット３５の高圧側チャンバ３５ｃに残った燃料は、芳香族成分の一部が除去されて高オクタン価成分含有量が少なくなっている。従って、分離膜ユニット３５の高圧側チャンバ３５ｃ内には芳香族成分の含有量の少ない低オクタン価燃料が生成される。
【００２７】
ここで、分離膜３５ｂの分離効率はこの分離膜３５ｂの作動条件によって大きく変化する。従って、分離膜３５ｂによる分離効率を高いものとするためには、分離膜３５ｂの作動条件を適切に制御する必要がある。このような分離膜３５ｂの分離効率に影響する作動条件として、分離膜３５ｂの温度が挙げられる。
【００２８】
原料燃料中の芳香族成分の量のうち分離膜３５ｂを透過するものの割合（透過率）は、大気温から或る温度に到達するまでは原料燃料の温度上昇に応じて増大する。この或る温度は分離膜３５ｂの低圧側（チャンバ３５ｄ）の温度が或る下限温度に到達する温度である。この下限温度は分離膜３５ｂ低圧側の圧力の関数であり、例えば低圧側の圧力が５ｋＰａで３５３Ｋ（８０°Ｃ）程度になる。
【００２９】
一方、低圧側での温度が上記下限温度を超えて上昇を続けると、透過率は或る温度以上では低下するようになる。すなわち、低圧側での温度を維持すべき最適温度範囲が存在し、この最適温度範囲は、例えば低圧側圧力が５〜５０ｋＰａの範囲で３４８Ｋ〜４３８Ｋ（約７５°Ｃ〜１６５°Ｃ）程度となる。
【００３０】
従って、分離膜３５ｂによる分離効率を最大にするためには、分離膜３５ｂの低圧側温度が上記最適温度範囲になるように原料燃料の温度を維持する必要がある。このため、本実施形態では、原料燃料を分離膜ユニット３５に供給する前に燃料加熱器３４を用いて原料燃料を加熱して、分離膜３５ｂによる分離効率が最も高くなるような温度に維持するようにしている。
【００３１】
なお、本発明の実施形態では、燃料加熱器３４として排気ガスから熱を回収すると共にこの回収した熱を加熱対象（本実施形態では原料燃料）へと伝熱する排気熱回収装置が利用される。しかしながら、燃料加熱器３４は機関本体や冷却水と原料燃料との間で熱交換を行う熱交換器、原料燃料を直接加熱する電気ヒータ（すなわち、電力により発生した熱を利用して原料燃料を加熱する装置）等、他の構成であってもよい。
【００３２】
また、上述した燃料分離装置３０の構成は一つの例である。燃料を分離するのに分離膜が用いられれば、如何なる構成の燃料分離装置３０が用いられても良い。従って、例えば、原料燃料を高オクタン価燃料と低オクタン価燃料に分離するのに上記分離ユニット３５とは異なる分離器を用いても良い。
【００３３】
ところで、上述したように分離膜３５ｂによって燃料を分離させるためには、分離ユニット３５のチャンバ３５ｄ内の圧力を比較的低圧に保持する必要がある。そこで、本実施形態では、ジェットポンプ（エジェクタ）３６を用いてチャンバ３５ｄ内の圧力を比較的低圧に保持するようにしている。ジェットポンプ３６は本体部３６ａと分岐部３６ｂとを具備し、本体部３６ａに流体を流すと分岐部３６ｂに負圧を発生させる。従って、ジェットポンプ３６の分岐部３６ｂを分離ユニット３５のチャンバ３５ｄに接続することにより、分離ユニット３５のチャンバ３５ｄ内の圧力を比較的低圧に保持することができるようになる。
【００３４】
これら燃料分離装置３０の構成要素は、複数の通路によって相互に接続される。原料燃料貯留タンク３１は、燃料供給用通路４１によって分離ユニット３５の高圧側チャンバ３５ｃに接続される。燃料供給用通路４１には燃料加熱器３４が設けられており、この燃料加熱器３４により分離ユニット３５に供給される燃料が加熱される。燃料供給用通路４１には燃料ポンプ４２が設けられており、この燃料ポンプ４２により原料燃料貯留タンク３１内の原料燃料が加圧・供給される。また、燃料供給用通路４１からは原料燃料を原料燃料貯留タンク３１に戻すリターン通路４３が延びると共に、このリターン通路４３には燃料供給用通路４１内の燃料の圧力を一定に維持するためのレギュレータ４４が設けられる。
【００３５】
分離ユニット３５の高圧側チャンバ３５ｃは筒内噴射弁用通路４５によって筒内燃料噴射弁１１ａに接続される。筒内噴射弁用通路４５には高圧側チャンバ３５ｃ内の燃料の圧力を一定に維持するためのレギュレータ４６が設けられる。なお、本実施形態では、高圧側チャンバ３５ｃは筒内噴射弁用通路４５によって筒内燃料噴射弁１１ａに直接接続されているが、分離ユニット３５と筒内燃料噴射弁１１ａとの間に低オクタン価燃料貯留タンクを設け、この低オクタン価燃料貯留タンクから筒内燃料噴射弁１１ａに燃料を供給するようにしてもよい。
【００３６】
一方、高オクタン価燃料貯留タンク３２は、ポート噴射弁用通路４７によってポート燃料噴射弁１１ｂに接続される。ポート噴射弁用通路４７には燃料ポンプ４８が設けられており、この燃料ポンプ４８により高オクタン価燃料貯留タンク３２内の燃料が加圧・供給される。ポート噴射弁用通路４７からは高オクタン価燃料を高オクタン価燃料貯留タンク３２に戻すリターン通路４９が延びる。さらに、ポート噴射弁用通路４７からはリターン通路４９の接続箇所よりも上流側において燃料を高オクタン価燃料貯留タンクに戻すリターン通路４７’が更に延びると共に、このリターン通路４７’にはジェットポンプ３６の本体部３６ａ及びポート噴射弁用通路４７内の燃料の圧力を一定に維持するためのレギュレータ５０が設けられる。ジェットポンプ３６の分岐部３６ｂはポンプ通路５１により分離ユニット３５の低圧側チャンバ３５ｄに接続される。これにより、リターン通路４９内を高オクタン価燃料が流れるとジェットポンプ３６の分岐部３６ｂに負圧が発生し、その結果、分離ユニット３５のチャンバ３５ｄ内の圧力が減少せしめられる。
【００３７】
燃料供給用通路４１には燃料ポンプ４２及びリターン通路４３の分岐部の下流側であって燃料加熱器３４の上流側に三方弁３３が設けられる。この三方弁３３には三方弁通路５２が接続され、この三方弁通路５２はポート噴射弁用通路４７に接続される。三方弁３３は原料燃料供給位置と高オクタン価燃料供給位置との間で切替可能であり、三方弁３３が原料燃料供給位置にあるときには、原料燃料貯留タンク３１内の原料燃料が三方弁３３を通って流れ、燃料加熱器３４及び分離ユニット３５のチャンバ３５ｃに供給される。一方、三方弁３３が高オクタン価燃料供給位置にあるときには、高オクタン価燃料貯留タンク３２内の高オクタン価燃料が三方弁３３を通って流れ、燃料加熱器３４及び分離ユニット３５のチャンバ３５ｃに供給される。
【００３８】
なお、上述した燃料分離装置３０の構成では、分離ユニット３５の低圧側チャンバ３５ｄ内の圧力を低下させるためにジェットポンプ３６が用いられている。しかしながら、分離ユニット３５の低圧側チャンバ３５ｄ内の圧力を低下させて低圧側チャンバ３５ｄ内に透過してきた燃料を高オクタン価燃料貯留タンク３２内に流入させることができれば、ジェットポンプ３６以外の装置、例えば電力駆動ポンプ等を用いることも可能である。
【００３９】
次に、このように構成された燃料分離装置３０における燃料の流れについて説明する。図３は機関通常運転時（すなわち、機関冷間始動時以外の運転時）における燃料の流れを示す図であり、図中の矢印は燃料の流れを示している。通常運転時には、三方弁３３は原料燃料供給位置にされる。
【００４０】
図３に矢印で示したように、原料燃料貯留タンク３１内に貯留されている原料燃料は燃料ポンプ４２によって加圧されて燃料供給用通路４１に流入する。燃料供給用通路４１に流入した燃料の一部はリターン通路４３及びレギュレータ４４を介して原料燃料貯留タンク３１内に戻され、これにより燃料供給用通路４１内の原料燃料の圧力がほぼ一定に保たれる。三方弁３３が原料燃料供給位置にあるため、燃料供給用通路４１内の原料燃料は三方弁３３を介して燃料加熱器３４に流入する。燃料加熱器３４に流入した原料燃料は所定の温度まで加熱され、その後、分離ユニット３５の高圧側チャンバ３５ｃに流入する。高圧側チャンバ３５ｃに流入する原料燃料は、燃料加熱器３４において、分離膜３５ｂによる分離効率が最も高くなるような温度にまで昇温せしめられる。また、高圧側チャンバ３５ｃの出口にはレギュレータ４６が設けられている。このレギュレータ４６により、高圧側チャンバ３５ｃ内の燃料の圧力が比較的高圧に維持される。従って、分離ユニット３５の高圧側チャンバ３５ｃ内の燃料は高温、高圧となっている。
【００４１】
このように分離ユニット３５に原料燃料が供給されると、分離ユニット３５では原料燃料が高オクタン価燃料と低オクタン価燃料とに分離され、分離ユニット３５の高圧側チャンバ３５ｃには低オクタン価燃料が生成される。このようにして生成された低オクタン価燃料は筒内噴射弁用通路４５を介して筒内燃料噴射弁１１ａに供給され、筒内燃料噴射弁１１ａから燃焼室５内に直接噴射される。
【００４２】
一方、上述したように、分離ユニット３５に原料燃料が供給されると、分離ユニット３５の低圧側チャンバ３５ｄには高オクタン価燃料が生成される。低圧側チャンバ３５ｄに生成された高オクタン価燃料はポンプ通路５１を介してジェットポンプ３６により吸引され、リターン通路４９を介して高オクタン価燃料貯留タンク３２内に流入し、貯留せしめられる。
【００４３】
高オクタン価燃料貯留タンク３２内に貯留されている高オクタン価燃料は、燃料ポンプ４８によって加圧されてポート噴射弁用通路４７に流入する。ポート噴射弁用通路４７に流入した燃料の一部はリターン通路４９を介して高オクタン価燃料貯留タンク３２内に戻される。ポート噴射弁用通路４７内の高オクタン価燃料の圧力はレギュレータ５０によりほぼ一定に保たれる。また、リターン通路４９にはジェットポンプ３６が設けられており、ジェットポンプ３６ではリターン通路４９を通って高オクタン価燃料貯留タンク３２内に戻される高オクタン価燃料の流れにより負圧が生成せしめられる。リターン通路４９によって高オクタン価燃料貯留タンク３２内には戻されなかった高オクタン価燃料は、ポート燃料噴射弁１１ｂに供給され、ポート燃料噴射弁１１ｂから吸気ポート８内に噴射される。
【００４４】
ところで、三方弁３３が設けられていないと、或いは機関冷間始動時においても三方弁３３の切替位置を原料燃料供給位置にしていると、分離ユニット３５に供給される原料燃料の温度が低いものとなってしまう場合がある。すなわち、機関冷間始動時においては、燃料分離装置３０の各構成要素の温度が低く、よってたとえ燃料加熱器３４によって原料燃料を加熱しても、原料燃料の熱が燃料分離装置３０の構成要素（例えば、分離ユニット３５、燃料供給用通路４１等）に奪われてしまうため、分離ユニット３５に流入するときには原料燃料の温度が低いものとなってしまっている。
【００４５】
このように、分離ユニット３５に流入する原料燃料の温度が低いと、分離膜３５ｂの温度は上述した最適温度範囲にはならず、分離膜３５ｂによる分離効率が低下してしまう。特に、分離膜３５ｂの温度が下限温度（高オクタン価燃料分離温度）よりも低い場合には、分離ユニット３５の高圧側チャンバ３５ｃ内に流入した原料燃料中に含まれる高沸点成分よりも低沸点成分の方が分離膜３５ｂを透過する。このため、分離膜３５ｂを透過する燃料のオクタン価はあまり高くない。このようにオクタン価の高くない燃料が分離膜３５ｂを透過してしまうと、結果的に高オクタン価燃料貯留タンク３２内に貯留されている燃料のオクタン価の低下を招いてしまう。
【００４６】
また、機関冷間始動時等には、分離膜３５ｂの昇温は分離ユニット３５に流入する燃料によって行われることになる。すなわち、機関冷間始動時においても、分離ユニット３５に流入する燃料はその前に燃料加熱器３４によって加熱され、加熱された燃料が分離ユニット３５の高圧側チャンバ３５ｃに流入する。このようにして高圧側チャンバ３５ｃに流入した高温の燃料によって分離膜３５ｂの昇温が行われる。
【００４７】
ところが、液体の原料燃料は比較的気化し易く、燃料加熱器３４によって加熱されると気化する。ここで、液体の原料燃料が気化するときには原料燃料から気化熱が奪われる。従って、燃料加熱器３４によって原料燃料に加えられた熱量は、燃料気化に消費されてしまい、結果的に分離ユニット３５に供給される燃料の温度が上昇しにくくなってしまう。このように、分離ユニット３５に供給される燃料の温度が上昇しにくくなると、これに伴って分離膜３５ｂの温度も上昇しにくくなり、分離膜３５ｂを迅速に昇温させることができなくなってしまう。
【００４８】
このように、三方弁３３が設けられていないと、或いは三方弁３３の切替位置を原料燃料供給位置にしていると、機関冷間始動時に高オクタン価燃料貯留タンク内に貯留される高オクタン価燃料のオクタン価が低下してしまうと共に、加熱された燃料の気化により燃料温度が上昇しにくく、よって分離膜を迅速に昇温させることができなくなってしまう。
【００４９】
そこで、本実施形態では、機関冷間始動時、特に分離膜３５ｂの温度が高オクタン価燃料分離温度よりも低い時には、三方弁３３を原料燃料供給位置から高オクタン価燃料供給位置に切り替える。従って、本実施形態では、機関冷間始動時、分離ユニット３５には原料燃料貯留タンク３１内に貯留されている原料燃料ではなく、高オクタン価燃料貯留タンク３２内に貯留されている高オクタン価燃料が供給されることになる。
【００５０】
図４は、三方弁３３を高オクタン価燃料供給位置に切り替えた場合の燃料の流れを示す図であり、図中の矢印は燃料の流れを示している。
【００５１】
図４に矢印で示したように、原料燃料貯留タンク３１内に貯留されている原料燃料は燃料ポンプ４２によって加圧されて燃料供給用通路４１に流入する。しかしながら、三方弁３３が高オクタン価燃料供給位置にあるため、燃料供給用通路４１に流入した燃料は、全てリターン通路４３を介して原料燃料貯留タンク３１内に戻される。なお、本実施形態では、三方弁３３を高オクタン価燃料供給位置に切り替えたときにも燃料ポンプ４２は駆動されているが、三方弁３３の切替位置が高オクタン価燃料供給位置にあるときには燃料ポンプ４２を停止するようにしてもよい。
【００５２】
一方、高オクタン価燃料貯留タンク３２内に貯留されている高オクタン価燃料は、燃料ポンプ４８によって加圧されてポート噴射弁用通路４７に流入する。三方弁３３が高オクタン価燃料供給位置にあるため、ポート噴射弁用通路４７に流入した高オクタン価燃料の一部は三方弁通路５２、三方弁３３を介して燃料加熱器３４に流入する。燃料加熱器３４に流入した高オクタン価燃料は加熱され、その後、分離ユニット３５の高圧側チャンバ３５ｃに流入する。高圧側チャンバ３５ｃに流入した燃料は燃料加熱器３４により加熱されているため比較的高温となっており、これにより分離膜３５ｂの温度が上昇せしめられる。
【００５３】
このように分離ユニット３５に高オクタン価燃料が供給されると、分離ユニット３５の高圧側チャンバ３５ｃには分離ユニット３５に供給された高オクタン価燃料よりもオクタン価の低い燃料が生成される。この燃料は、筒内噴射弁用通路４５を介して筒内燃料噴射弁１１ａに供給され、筒内燃料噴射弁１１ａから燃焼室５内に直接噴射される。
【００５４】
一方、分離ユニット３５の低圧側チャンバ３５ｄには分離ユニット３５に供給された高オクタン価燃料よりもオクタン価の高い燃料が生成される。この燃料は、ポンプ通路５１を介してジェットポンプ３６により吸引され、リターン通路４９を介して高オクタン価燃料貯留タンク３２内に流入し、貯留せしめられる。高オクタン価燃料貯留タンク３２には高オクタン価燃料貯留タンク３２から流出した高オクタン価燃料よりもオクタン価の高い燃料が流入することになるため、高オクタン価燃料貯留タンク３２内に貯留されている燃料全体のオクタン価が高められる。従って、機関冷間始動時に高オクタン価燃料貯留タンク３２内に貯留されている高オクタン価燃料のオクタン価が低下することが防止される。
【００５５】
また、高オクタン価燃料貯留タンク３２からポート噴射弁用通路４７に流入した高オクタン価燃料の他の一部は、リターン通路４９を介して高オクタン価燃料貯留タンク３２内に戻され、このときジェットポンプ３６において負圧が生成せしめられる。高オクタン価燃料貯留タンク３２からポート噴射弁用通路４７に流入した高オクタン価燃料の残りは、ポート燃料噴射弁１１ｂに供給され、ポート燃料噴射弁１１ｂから吸気ポート８内に噴射される。
【００５６】
上述したように、機関冷間始動時に三方弁３３を原料燃料供給位置から高オクタン価燃料供給位置に切り替えることによって、燃料加熱器３４では高オクタン価燃料が加熱され、加熱された高オクタン価燃料が分離ユニット３５に供給されることになる。
【００５７】
ここで、高オクタン価燃料は原料燃料に比べて気化しにくい。従って、燃料加熱器３４で加熱されても気化熱が奪われることが減少し、よって燃料加熱器３４から高オクタン価燃料に加えた熱量の分だけ高オクタン価燃料の温度が上昇することになる。すなわち、分離ユニット３５に供給される燃料の温度は上昇し易い。このため、分離膜３５ｂの温度も上昇し易くなり、結果的に分離膜３５ｂを迅速に昇温させることができるようになる。
【００５８】
従って、本実施形態では、機関冷間始動時に三方弁３３を原料燃料供給位置から高オクタン価燃料供給位置に切り替えることにより、高オクタン価燃料のオクタン価が低下することが防止されると共に、分離膜３５ｂを迅速に昇温させることができるようになる。
【００５９】
なお、上記実施形態では、分離膜３５ｂの温度が高オクタン価燃料分離温度以上であるか否かによって三方弁３３が切り替えられているが、この分離膜３５ｂの温度の検出は分離膜３５ｂに取り付けられた温度センサ（図示せず）によって行われる。しかしながら、分離膜３５ｂの温度は必ずしも温度センサによって行われなくてもよく、例えば、分離ユニット３５の高圧側チャンバ３５ｃ内の燃料の温度を検出する温度センサの出力に基づいて分離膜３５ｂの温度を推定するようにしてもよい。
【００６０】
さらに、上記実施形態では、分離膜３５ｂの温度が高オクタン価燃料分離温度以上であるか否かによって三方弁３３を切り替えるようにしているが、必ずしも分離膜３５ｂの温度に基づいて三方弁３３を切り替えなくてもよい。すなわち、三方弁３３の切替は分離膜３５ｂによって原料燃料が適切に分離できているか否かに基づいて行われていれば、如何なる基準で切替が行われてもよい。例えば、芳香族成分が多いと燃料は高密度になることから、分離膜３５ｂを透過する燃料の密度が所定密度以上であるか否かによって三方弁３３を切り替えるようにしてもよい。
【００６１】
次に、図５を参照して、本発明の第二実施形態について説明する。第二実施形態の燃料分離装置３０’の構成は基本的に第一実施形態の燃料分離装置３０の構成と同様である。ただし、第二実施形態の燃料分離装置３０’では、三方弁３３が設けられていないと共に、レギュレータとして作動圧力を変更可能な可変式レギュレータ４６’が設けられている。
【００６２】
より詳細には、本実施形態の燃料分離装置３０’では、上記第一実施形態の燃料分離装置３０と異なり、三方弁３３及び三方弁通路５２が設けられていない。したがって、高オクタン価燃料貯留タンク３２内に貯留されている高オクタン価燃料を燃料加熱器３４及び分離ユニット３５に供給することはできない。
【００６３】
また、本実施形態では、燃料供給用通路４１から分岐したリターン通路４３には、第一実施形態で用いられていた作動圧力を変更不能な固定式レギュレータ４４の代わりに、作動圧力を変更可能な可変式レギュレータ４４’が設けられている。また、筒内噴射弁用通路４５には固定式レギュレータ４６の代わりに可変式レギュレータ４６’が設けられている。なお、本実施形態では、ポート噴射弁用通路４７から分岐したリターン通路４７’に設けられたレギュレータ５０は固定式レギュレータとされているが、このレギュレータ５０を可変式レギュレータにしてもよい。
【００６４】
このように構成された燃料分離装置３０’では、機関通常運転時及び機関冷間始動時共に、第一実施形態の燃料分離装置３０の機関通常運転時と同様に燃料が流れる。この燃料の流れは図中の矢印で示されている。また、可変式レギュレータ４４’、４６’の作動圧力は、機関通常運転時において、第一実施形態の固定式レギュレータ４４、４６の作動圧力とほぼ同一とされる。従って、本実施形態における燃料供給用通路４１を流れる燃料の圧力並びに燃料加熱器３４及び分離ユニット３５内の燃料の圧力は第一実施形態における燃料の圧力とほぼ同一とされる。
【００６５】
一方、機関冷間始動時においては、可変式レギュレータ４４’、４６’の作動圧力は、機関通常運転時における作動圧力よりも高い圧力とされる。可変式レギュレータ４４’の作動圧力が高められることにより燃料供給用通路４１及び燃料加熱器３４内を流れる原料燃料の圧力が高められる。また、可変式レギュレータ４６’の作動圧力が高められることにより分離ユニット３５の高圧側チャンバ３５ｃ内の燃料の圧力が高められる。このように、本実施形態では、機関冷間始動時において、燃料加熱器３４から分離ユニット３５の高圧側チャンバ３５ｃ内の燃料の圧力が高められることになる。
【００６６】
ところで、上述したように、液体の原料燃料は比較的気化し易いことから、機関冷間始動時に原料燃料を分離ユニット３５に供給すると、原料燃料が燃料加熱器３４によって加熱されると気化してしまい、その結果、分離膜３５ｂを迅速に昇温できなくなる。
【００６７】
ここで、本実施形態では、機関冷間始動時において燃料加熱器３４から分離ユニット３５の高圧側チャンバ３５ｃ内の燃料の圧力が高められている。このため、原料燃料は、燃料加熱器３４によって加熱されてもあまり気化しなくなる。原料燃料が気化しなくなると原料燃料の気化によって奪われる熱量が減少し、よって燃料加熱器３４によって原料燃料に加えられた熱量は燃料気化に消費されることなく原料燃料の昇温に用いられる。このようにして、本実施形態では、燃料加熱器３４によって原料燃料が迅速に昇温され、これに伴って分離膜３５ｂも迅速に昇温せしめられる。
【００６８】
従って、本実施形態では、機関冷間始動時において燃料加熱器３４から分離ユニット３５の高圧側チャンバ３５ｃまでの燃料の圧力を高めることにより、原料燃料の気化が抑制され、よって分離膜３５ｂを迅速に昇温させることができる。
【００６９】
次に、図６及び図７を参照して本発明の第三実施形態について説明する。第三実施形態の燃料分離装置３０’’の構成は、第一実施形態及び第二実施形態の燃料分離装置の構成と同様である。すなわち、第三実施形態の燃料分離装置３０’’では、三方弁３３が設けられていると共に、レギュレータとして作動圧力を変更可能な可変式レギュレータが設けられている。
【００７０】
より詳細には、本実施形態の燃料分離装置３０’’では、第一実施形態の燃料分離装置３０と同様に、三方弁３３及び三方弁通路５２が設けられている。また、本実施形態の燃料分離装置３０’’では、ポート噴射弁用通路４７から分岐したリターン通路４７’に設けられたレギュレータ及び筒内噴射弁用通路４５に設けられたレギュレータは可変式レギュレータ５０’、４６’とされる。なお、本実施形態では、燃料供給用通路４１から分岐したリターン通路４３に設けられたレギュレータ４４は固定式レギュレータとされているが、このレギュレータ４４を可変式レギュレータにしてもよい。
【００７１】
このように構成された燃料分離装置３０’’では、機関通常運転時には、図６に矢印で示したように、第一実施形態の燃料分離装置３０の機関通常運転時と同様に燃料が流れる。また、機関冷間始動時には図７に矢印で示したように、第一実施形態の燃料分離装置３０の機関冷間始動時と同様に燃料が流れる。
【００７２】
また、可変式レギュレータ４６’、５０’の作動圧力は、機関通常運転時において、第一実施形態の固定式レギュレータ４６、５０の作動圧力とほぼ同一とされる。従って、本実施形態においても、機関通常運転時において、燃料供給用通路４１を流れる燃料の圧力、燃料加熱器３４及び分離ユニット３５内の燃料の圧力は第一実施形態における燃料の圧力とほぼ同一とされる。
【００７３】
一方、機関冷間始動時においては、三方弁３３が高オクタン価燃料供給位置に切り替えられる。このため、第一実施形態の燃料分離装置３０において三方弁３３を高オクタン価燃料供給位置にした場合と同様に、燃料加熱器３４及び分離ユニット３５には高オクタン価燃料が流入せしめられる。これにより、上述したように、高オクタン価燃料のオクタン価が低下することが防止されると共に、分離膜３５ｂを迅速に昇温することができるようになる。
【００７４】
また、機関冷間始動時においては、可変式レギュレータ４６’、５０’の作動圧力は、機関通常運転時における作動圧力よりも高い圧力とされる。可変式レギュレータ４６’、５０’の作動圧力が高められることにより、ポート噴射弁用通路４７、三方弁通路５２及び燃料加熱器３４内を流れる原料燃料の圧力が高められる。また、可変式レギュレータ４６’の作動圧力が高められることにより分離ユニット３５の高圧側チャンバ３５ｃ内の燃料の圧力が高められる。このように、本実施形態では、機関冷間始動時において、燃料加熱器３４から分離ユニット３５の高圧側チャンバ３５ｃまでの燃料の圧力が高められる。これにより、上述したように、燃料の気化が抑制され、分離膜３５ｂを迅速に昇温することができるようになる。
【００７５】
図８は、第三実施形態の燃料分離装置を制御する制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは一定時間間隔の割り込みによって行われる。
【００７６】
図８に示したように、まずステップＳ１０では、分離膜３５ｂの温度Ｔｍが検出される。分離膜３５ｂの温度の検出は上述したように例えば分離膜３５ｂの温度を直接検出する温度センサによって行われる。次いで、ステップＳ１１では、ステップＳ１０において検出された分離膜３５ｂの温度Ｔｍが上述した高オクタン価燃料分離温度Ｔｍａ以上であるか否かが検出される。
【００７７】
機関冷間始動時においては分離膜３５ｂの温度Ｔｍは低いため、ステップＳ１１において分離膜３５ｂの温度Ｔｍが高オクタン価燃料分離温度Ｔｍａよりも低いと判定され、ステップＳ１２へと進む。ステップＳ１２では、三方弁３３の切替位置が高オクタン価燃料供給位置にされ、次いで、ステップＳ１３では、可変式レギュレータ４６’、５０’の作動圧力が高い圧力（高圧側設定圧力）とされる。
【００７８】
その後、分離ユニット３５に流入する燃料により分離膜３５ｂの温度が上昇すると、ステップＳ１１において分離膜３５ｂの温度Ｔｍが高オクタン価燃料分離温度以上となり、次の制御ルーチンでは、ステップＳ１１からステップＳ１４へと進む。ステップＳ１４では、三方弁３３の切替位置が原料燃料供給位置にされ、次いで、ステップＳ１５では、可変式レギュレータ４６’、５０’の作動圧力が低い圧力（低圧側設定圧力）とされる。
【符号の説明】
【００７９】
１１ａ    筒内用燃料噴射弁
１１ｂ    ポート用燃料噴射弁
３０    燃料分離装置
３１    原料燃料貯留タンク
３２    高オクタン価燃料貯留タンク
３３    三方弁
３４    燃料加熱器
３５    分離ユニット
３５ｂ    分離膜
３６    ジェットポンプ
４２、４８    燃料ポンプ
４４、４６、５０    レギュレータ
【図１】
2010144735.tif 000003
【図２】
2010144735.tif 000004
【図３】
2010144735.tif 000005
【図４】
2010144735.tif 000006
【図５】
2010144735.tif 000007
【図６】
2010144735.tif 000008
【図７】
2010144735.tif 000009
【図８】
2010144735.tif 000010