(57)【要約】【課題】簡単な装置構成でガソリン−アルコール混合燃料からアルコールを分離できる内燃機関を提供する。【解決手段】内燃機関１は、ガソリン−アルコール混合燃料を収容する主燃料タンク４と、混合燃料からアルコール分離膜１１を介してアルコールを分離する膜モジュール１２と、膜モジュール１２の二次側を一次側より低圧にする減圧導管１５と、膜モジュール１２から取出されたアルコール蒸気を液化する凝縮器１４と、凝縮器１４から取出されたアルコールを収容する副燃料タンク２２とを備える。分離モジュール１２のガソリン−アルコール混合燃料を主燃料タンク４に還流する還流導管２５を備える。分離モジュール１２を６０〜１２０℃の温度に制御する第２熱交換器１０を備える。分離モジュール１２と吸気管１７とを接続する減圧導管１５を備える。または、分離モジュール１２とブレーキフルード管とを接続する第２の減圧導管を備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガソリン−アルコール混合燃料を収容する主燃料タンクと、
該主燃料タンクから取出された該ガソリン−アルコール混合燃料から実質的にアルコールのみを透過するアルコール分離膜を介してアルコールを分離する分離手段と、
該分離手段の二次側を一次側より低圧にする減圧手段と、
該分離手段の二次側から取出されたアルコール蒸気を凝縮させて液化する凝縮手段と、
該凝縮手段から取出されたアルコールを収容する副燃料タンクとを備えることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記分離手段の一次側に残留する前記ガソリン−アルコール混合燃料を前記主燃料タンクに還流する還流手段を備えることを特徴とする請求項１記載の内燃機関。
【請求項３】
前記分離手段を６０〜１２０℃の範囲の温度に制御する温度制御手段を備えることを特徴とする請求項１または請求項２記載の内燃機関。
【請求項４】
前記温度制御手段は、前記内燃機関の廃熱との熱交換により前記分離手段を６０〜１２０℃の範囲の温度に制御する熱交換器を備えることを特徴とする請求項３記載の内燃機関。
【請求項５】
前記減圧手段は、前記分離手段の二次側と、前記内燃機関の吸気管とを接続する第１の減圧導管を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の内燃機関。
【請求項６】
前記減圧手段は、前記分離手段の二次側と、前記内燃機関のブレーキフルード管とを接続する第２の減圧導管を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガソリン−アルコール混合燃料を用いる内燃機関に関し、より詳しくは該ガソリン−アルコール混合燃料からアルコールを分離する分離手段を備える内燃機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化防止の観点から、その原因の一つと考えられている二酸化炭素排出量を削減することが求められている。そこで、ガソリンとエタノール等のアルコールとのガソリン−アルコール混合燃料を自動車燃料に用いることが検討されている。
【０００３】
前記アルコールとしてエタノールを用いるときは、植物性物質、例えばサトウキビ、トウモロコシ等の農作物の醗酵により得たエタノールを用いることができる。前記植物性物質は、原料となる植物自体が既に光合成により二酸化炭素を吸収しているので、かかる植物性物質から得られたエタノールを燃焼させたとしても、排出される二酸化炭素の量は前記植物自体が吸収した二酸化炭素の量に等しい。即ち、総計としての二酸化炭素の排出量は理論的にはゼロになるという所謂カーボンニュートラル効果を得ることができる。
【０００４】
また、前記ガソリン−アルコール混合燃料を自動車燃料に用いる場合、アルコールはガソリンよりもオクタン価が高いので、該ガソリン−アルコール混合燃料からアルコールを分離して用いることが検討されている。
【０００５】
一方、ガソリンから他の成分を分離する車載型燃料分離システムとして、分離膜モジュールを用いる分離装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
前記分離装置は、主燃料タンクから取り出したガソリンを、実質的に芳香族成分のみを透過する分離膜を備える分離膜モジュールに供給する。そして、前記分離膜モジュールの２次側から高オクタン燃料として芳香族成分を取り出すと共に、１次側からは低オクタン燃料として芳香族成分の低減したガソリンを取り出す。
【０００７】
取出された高オクタン燃料と低オクタン燃料とは、それぞれ高オクタン燃料タンクと低オクタン燃料タンクとに貯留され、それぞれ別の燃料噴射弁に供給される。このとき、前記分離装置によれば、前記高オクタン燃料タンクと低オクタン燃料タンクとの混合比を変えて内燃機関に供給することにより、該内燃機関の負荷に広い範囲で対応することができる。
【０００８】
しかしながら、前記分離装置は、前記主燃料タンクの他、ガソリンから分離された燃料のための高オクタン燃料タンクと低オクタン燃料タンクとの２つのタンクを必要とし、全部で３つのタンクを備えるので、装置構成の大型化が避けられないという不都合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−１４６８７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、かかる不都合を解消して、簡単な装置構成でガソリン−アルコール混合燃料からアルコールを分離することができる内燃機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
かかる目的を達成するために、本発明の内燃機関は、ガソリン−アルコール混合燃料を収容する主燃料タンクと、該主燃料タンクから取出された該ガソリン−アルコール混合燃料から実質的にアルコールのみを透過するアルコール分離膜を介してアルコールを分離する分離手段と、該分離手段の二次側を一次側より低圧にする減圧手段と、該分離手段の二次側から取出されたアルコール蒸気を凝縮させて液化する凝縮手段と、該凝縮手段から取出されたアルコールを収容する副燃料タンクとを備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明の内燃機関では、まず、前記主燃料タンクから取出された前記ガソリン−アルコール混合燃料を前記分離手段に供給する。前記分離手段は、実質的にアルコールのみを透過するアルコール分離膜を備えている。
【００１３】
次に、本発明の内燃機関では、前記減圧手段により該分離手段の二次側を一次側より低圧にすることにより、前記分離手段に供給された前記ガソリン−アルコール混合燃料から、実質的にアルコールのみを分離して該分離手段の二次側に透過させる。
【００１４】
この結果、前記アルコールは蒸気の状態で、前記分離手段の二次側に透過する。そこで、前記分離手段の二次側から取出されたアルコール蒸気を前記凝縮手段により凝縮させて液化する。そして、前記凝縮手段から取出されたアルコールを前記副燃料タンクに収容する。
【００１５】
本発明の内燃機関によれば、前記主燃料タンクに収容された前記ガソリン−アルコール混合燃料と、前記副燃料タンクに収容されたアルコールとの混合比を変えて、該内燃機関に供給することにより、該内燃機関の負荷に広い範囲で対応することができる。従って、前記主燃料タンクと前記副燃料タンクとの２つの燃料タンクがあれば足り、簡単な装置構成でガソリン−アルコール混合燃料からアルコールを分離することができる。
【００１６】
また、本発明の内燃機関は、前記分離手段の一次側に残留する前記ガソリン−アルコール混合燃料を前記主燃料タンクに還流する還流手段を備えることが好ましい。本発明の内燃機関は、前記還流手段を備えることにより、前記分離手段の一次側に残留する前記ガソリン−アルコール混合燃料を有効に利用することができる。
【００１７】
また、本発明の内燃機関は、前記分離手段を６０〜１２０℃の範囲の温度に制御する温度制御手段を備えることが好ましい。本発明の内燃機関は、前記温度制御手段により前記分離手段を前記範囲の温度に制御することにより、前記アルコール分離膜によるガソリン−アルコール混合燃料からのアルコールの分離を効率よく行うことができる。
【００１８】
前記分離手段の温度が６０℃未満であるときには、前記アルコール分離膜によるガソリン−アルコール混合燃料からのアルコールの分離が十分に行われないことがある。また、前記分離手段の温度を１２０℃を超えるように制御するには、特別の加熱手段を必要とし、装置の大型化が避けられない。
【００１９】
前記温度制御手段は、例えば、前記内燃機関の廃熱との熱交換により前記分離手段を６０〜１２０℃の範囲の温度に制御する熱交換器を備えることにより、該制御を行うことができる。
【００２０】
また、本発明の内燃機関において、前記減圧手段は、前記分離手段の二次側と、前記内燃機関の吸気管とを接続する第１の減圧導管を備えることが好ましい。また、前記減圧手段は、前記分離手段の二次側と、前記内燃機関のブレーキフルード管とを接続する第２の減圧導管を備えるものであってもよい。
【００２１】
本発明の内燃機関は、前記減圧手段が前記第１または第２の減圧導管を備えることにより、該内燃機関自体の負圧発生機構を利用して、前記分離手段の二次側を一次側より低圧にすることができる。従って、特別の減圧手段を必要とすることがなく、装置構成をさらに簡単なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の内燃機関の一構成例を示すシステム構成図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。
【００２４】
図１に示すように、本実施形態の内燃機関１は、エンジンルーム２内に備えられたエンジン３と、エンジン３に供給するガソリン−アルコール混合燃料を収容する主燃料タンク４とを備える。前記ガソリン−アルコール混合燃料としては、例えば、ガソリンとバイオエタノールとの混合燃料を用いることができる。主燃料タンク４は、内蔵するポンプ５に接続された主燃料導管６を備え、主燃料導管６はエンジン３のインジェクター７ａに接続されている。
【００２５】
主燃料導管６は途中に第１分岐管８を備え、第１分岐管８は途中に設けられた第１熱交換器９、第２熱交換器１０を介して、アルコール分離膜１１を備える膜モジュール１２の一次側に接続されている。アルコール分離膜１１としては、例えば、ゼオライト等を用いることができる。
【００２６】
膜モジュール１２の二次側にはアルコール蒸気取出導管１３が備えられ、アルコール蒸気取出導管１３は凝縮器１４に接続されている。凝縮器１４は減圧導管１５を備え、減圧導管１５は途中に設けられたワンウェイバルブ１６を介して、吸気管１７のスロットル弁１８の下流に接続されている。また、凝縮器１４は、空冷のための電動ファン１９を備えている。
【００２７】
さらに、凝縮器１４は、内蔵するポンプ２０に接続されたアルコール導管２１を備え、アルコール導管２１は、アルコールを収容する副燃料タンク２２に接続されている。副燃料タンク２２は、内蔵するポンプ２３に接続された副燃料導管２４を備え、副燃料導管２４はエンジン３のインジェクター７ｂに接続されている。
【００２８】
また、膜モジュール１２の一次側には、前記ガソリン−アルコール混合燃料を主燃料タンク４に還流する還流導管２５が備えられている。還流導管２５は、途中に設けられた第１熱交換器９を介して主燃料タンク４に接続されている。
【００２９】
また、膜モジュール１２の二次側には、ラジエタ２６を介してエンジン３に冷却水を循環させる冷却水導管２７から分岐される第２分岐管２８が貫通せしめられている。第２分岐管２８は、膜モジュール１２を出た後、さらに途中に設けられた第２熱交換器１０を介して、再び冷却水導管２７に合流せしめられている。
【００３０】
次に、本実施形態の内燃機関１の作動について説明する。
【００３１】
内燃機関１では、まず、ポンプ５により主燃料タンク４から主燃料導管６を介して取出されたガソリン−アルコール混合燃料が、第１分岐管８を介して分離膜モジュール１２の一次側に供給される。このとき、前記ガソリン−アルコール混合燃料は、第１分岐管８の途中に設けられた第１熱交換器９で余熱され、さらに第２熱交換器１０で、８０〜１００℃の範囲の温度に加熱されている。
【００３２】
分離膜モジュール１２は、一次側に前記範囲の温度に加熱された前記ガソリン−アルコール混合燃料が供給される一方、二次側には、冷却水導管２７から分岐される第２分岐管２８により冷却水が流通される。前記冷却水は、冷却水導管２７内に流通されることによりエンジン３と熱交換し、６０〜１２０℃の範囲の温度に加熱されている。
【００３３】
この結果、分離膜モジュール１２は、６０〜１２０℃の範囲の温度となるように加熱される。尚、分離膜モジュール１２の温度は、図示しない温度制御手段が前記ガソリン−アルコール混合燃料及び前記冷却水の流量を調整することにより制御されている。
【００３４】
前記冷却水は、第２分岐管２８により、分離膜モジュール１２に次いで第２熱交換器１０に流通され、前記ガソリン−アルコール混合燃料と熱交換することにより、全重ｔの用に該ガソリン−アルコール混合燃料を６０〜１２０℃の範囲の温度に加熱する。前記冷却水は、第２熱交換器１０で、前記ガソリン−アルコール混合燃料と熱交換した後、第２分岐管２８を介して冷却水導管２７に戻される。
【００３５】
また、膜モジュール１２の二次側は、アルコール取出導管１３、凝縮器１４、減圧導管１５を介して、吸気管１７に設けられたスロットル弁１８の下流に接続されてる。従って、膜モジュール１２の二次側は、吸気管１７のスロットル負圧により、一次側より低圧にされている。
【００３６】
この結果、前記ガソリン−アルコール混合燃料に含まれるアルコールは、膜モジュール１２に設けられたアルコール分離膜１１を透過し、膜モジュール１２の二次側に実質的にアルコールのみからなる蒸気が得られる。前記実質的にアルコールのみからなる蒸気は、前記スロットル負圧により、アルコール取出導管１３を介して凝縮器１４に導入される。
【００３７】
凝縮器１４は、空冷のための電動ファン１９により５０℃程度の温度とされている。そこで、前記実質的にアルコールのみからなる蒸気は凝縮器１４内で凝縮され、液体アルコールが得られる。
【００３８】
このとき、膜モジュール１２の一次側には、アルコール濃度の低下したガソリン−アルコール混合燃料が残されているが、該アルコール濃度の低下したガソリン−アルコール混合燃料は、還流導管２５を介して主燃料タンク４に還流される。そして、アルコール濃度の低下したガソリン−アルコール混合燃料は、前記還流導管２５の途中に設けられた第１熱交換器９で、第１分岐管８に流通されるガソリン−アルコール混合燃料の余熱に用いられる。
【００３９】
そして、凝縮器１４で得られた液体アルコールは、ポンプ２０により凝縮器１４からアルコール導管２１を介して取出され、副燃料タンク２２に供給される。
【００４０】
内燃機関１では、主燃料タンク４に収容されているガソリン−アルコール混合燃料は、ポンプ５により主燃料導管６を介してインジェクタ７ａに供給される。また、副燃料タンク２２に収容されているアルコールは、ポンプ２３により副主燃料導管２４を介してインジェクタ７ｂに供給される。
【００４１】
そこで、内燃機関１は、図示しないエンジンコントロールユニットにより、インジェクタ７ａに供給されるガソリン−アルコール混合燃料と、インジェクタ７ｂに供給されるアルコールとの比（例えば重量比）を制御する。この結果、内燃機関１は、エンジン３の負荷に広い範囲で対応することができる。
【００４２】
本実施形態の内燃機関１は、主燃料タンク４と副燃料タンク２２との２つのタンクを備えるのみの簡単な構成である。また、燃料の移動に用いるポンプも、各燃料タンク４，２２に備えられるポンプ５，２３と、凝縮器１４に備えられるポンプ２０との３基のみであり、製造コストを低減することができる。
【００４３】
尚、本実施形態では、減圧導管１５を吸気管１７に設けられたスロットル弁１８の下流に接続するようにしているが、減圧導管１５は図示しないブレーキフルード管に接続するようにしてもよい。この場合には、ブレーキ負圧を利用して、膜モジュール１２の二次側を一次側より低圧にすることができる。
【符号の説明】
【００４４】
１…内燃機関、  ３…エンジン、  ４…主燃料タンク、  １０…第２熱交換器、  １１…アルコール分離膜、  １２…膜モジュール、  １４…凝縮器、  １５…減圧導管、  ２２…副燃料タンク、  ２５…還流導管。
【図１】
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