(57)【要約】【課題】消費電力を抑制しつつ、燃料の分離及び分離された高オクタン価燃料の移送に要する時間を短縮できる燃料分離システムを提供すること。【解決手段】吸気側が高オクタン価燃料バッファタンク内上方空間１４６に接続され排気側が高オクタン価燃料タンク内貯留部１５５に接続された負圧ポンプ１４１と、負圧ポンプ１４１の吸気側と高オクタン価燃料タンク内上方空間１５４を連通する第１連通路１４４を開放又は遮断する圧力制御弁１４２と、高オクタン価燃料バッファタンク内貯留部１４７と高オクタン価燃料タンク内上方空間１５４を連通する第２連通路１４５内の高オクタン価燃料タンク１５からの燃料の流れを妨げる第１逆止弁１４３と、凝縮器内下部１３４と高オクタン価燃料バッファタンク内上方空間１４６を連通する第３連通路１３３内の高オクタン価燃料バッファタンク１４からの燃料の流れを妨げる第２逆止弁１３１を備える燃料分離システム１である。【選択図】図１
2014227898.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルコールとガソリンの混合燃料を、該混合燃料よりオクタン価の高い高オクタン価燃料と前記混合燃料よりオクタン価の低い低オクタン価燃料とに分離する内燃機関の燃料分離システムであって、
前記混合燃料を貯留する主タンクと、
該主タンクから供給された混合燃料を加熱する加熱器と、
該加熱器により加熱された混合燃料を、高オクタン価燃料と低オクタン価燃料とに分離する分離器と、
該分離器により分離された気体状態の高オクタン価燃料を凝縮する凝縮器と、
該凝縮器により凝縮された高オクタン価燃料を負圧下で一時的に貯留する高オクタン価燃料バッファタンクと、
該高オクタン価燃料バッファタンクの下方に配置され、前記高オクタン価燃料バッファタンクから供給された高オクタン価燃料を大気圧下で貯留する高オクタン価燃料タンクと、
吸気側が前記高オクタン価燃料バッファタンク内の上方空間に接続され且つ排気側が前記高オクタン価燃料タンク内の貯留部に接続された負圧ポンプと、
該負圧ポンプの吸気側と前記高オクタン価燃料タンク内の上方空間とを連通する第１連通路に設けられ、該第１連通路を開放又は遮断する制御弁と、
前記高オクタン価燃料バッファタンク内の貯留部と前記高オクタン価燃料タンク内の上方空間とを連通する第２連通路に設けられ、前記高オクタン価燃料タンクからの燃料の流れを妨げる第１逆止弁と、
前記凝縮器内の下部と前記高オクタン価燃料バッファタンク内の上方空間とを連通する第３連通路に設けられ、前記高オクタン価燃料バッファタンクからの燃料の流れを妨げる第２逆止弁と、を備え、
前記制御弁により前記第１連通路が開放されると、前記高オクタン価燃料バッファタンク内の負圧が開放されることで前記第２逆止弁が閉弁されるとともに、前記高オクタン価燃料バッファタンク内の高オクタン価燃料の自重により前記第１逆止弁が開弁されることで、該高オクタン価燃料が前記第２連通路を介して前記高オクタン価燃料タンク内に移送されることを特徴とする内燃機関の燃料分離システム。
【請求項２】
前記凝縮器は、前記分離器の下方に配置され、
前記高オクタン価燃料バッファタンクは、前記凝縮器の下方に配置されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料分離システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃料分離システムに関する。より詳しくは、アルコールとガソリンの混合燃料を、オクタン価の高い高オクタン価燃料とオクタン価の低い低オクタン価燃料とに分離する内燃機関の燃料分離システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関（以下、「エンジン」という。）の燃料として、さとうきび、とうもろこし、じゃがいも等多くの作物から製造できるアルコール燃料が注目されている。特に近年では、アルコール燃料をガソリンに添加した混合燃料が流通しており、今後さらに普及すると予測されている。アルコール燃料としては、エタノールやメタノール等様々な種類があり、これらのうちエタノールが最も多く普及している。
【０００３】
上記混合燃料の普及とあわせて、車両の走行中に、外部から給油された混合燃料を、高ガソリン濃度の燃料（低オクタン価燃料）と高アルコール濃度の燃料（高オクタン価燃料）に再び分離する燃料分離システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。ガソリンとアルコールとでは、オクタン価や発熱量等の燃料物性において様々な相違点があることから、外部から給油された混合燃料をそのまま利用するよりも、車両上で再び分離し、エンジンの運転状態に応じてガソリンとアルコールとを使い分けた方が好ましい場合があるためである。例えば、アルコールはガソリンと比べて耐ノッキング性に優れているため、アルコールをエンジンに供給することで、ノッキングが抑制される。
【０００４】
ここで、図４は、従来の燃料分離システム１Ａの構成を示すシステム回路図である。図４に示すように、この燃料分離システム１Ａは、混合燃料を貯留する主タンク１０と、混合燃料を加熱する熱交換器１１と、混合燃料を高オクタン価燃料と低オクタン価燃料とに分離する分離膜１２２を備える分離器１２と、分離膜１２２により分離された気体状態の高オクタン価燃料を凝縮する凝縮器１３と、液体状態の高オクタン価燃料を負圧下で一時的に貯留する高オクタン価燃料バッファタンク１４と、高オクタン価燃料を大気圧下で貯留する高オクタン価燃料タンク１５と、を含んで構成される。
【０００５】
上述の燃料分離システム１Ａは、次のように動作する。
先ず、主タンク１０内の混合燃料は、燃料ポンプ１０２により熱交換器１１に供給され、加熱される。加熱された混合燃料は、分離器１２内の分離膜１２２に供給され、高オクタン価成分（アルコール）が選択的に分離膜１２２を透過することで、気体状態の高オクタン価燃料と、液体状態の低オクタン価燃料とに分離される。
【０００６】
高圧室１２３内で分離された液体状態の低オクタン価燃料は、ラジエータ１６により冷却された後、燃圧レギュレータ１６５により燃圧が除去される。その後、低オクタン価燃料は、主タンク１０内に戻されて混合燃料と混合され、再び分離に供される。混合燃料を分離膜１２２に１回接触させただけでは、高オクタン価成分を完全には分離できないため、複数回、分離膜１２２に接触させる。分離が完了した後、主タンク１０内に貯留された低オクタン価燃料は、直噴インジェクタによりエンジンの燃焼室内に適宜噴射される。
【０００７】
一方、低圧室１２４内で分離された気体状態の高オクタン価燃料は、凝縮器１３に供給されて凝縮される。凝縮された高オクタン価燃料は、負圧下の高オクタン価燃料バッファタンク１４に供給され、一時的に貯留される。高オクタン価燃料バッファタンク１４内の高オクタン価燃料は、所定のタイミングで、高オクタン価燃料タンク１５内に移送される。高オクタン価燃料タンク１５内に移送されて貯留された高オクタン価燃料は、ポートインジェクタにより吸気ポート内に適宜噴射される。また、主タンク１０及び高オクタン価燃料タンク１５内で発生した蒸発燃料は、キャニスタ１８に吸着された後、パージされてエンジンの燃焼に供される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１３−４０５６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、負圧下の高オクタン価燃料バッファタンク１４内に貯留されている高オクタン価燃料を、大気圧下の高オクタン価燃料タンク１５内へ移送するためには、送液ポンプ１４９により高オクタン価燃料を大きく加圧する必要がある。そのため、送液ポンプ１４９の消費電力が大きい。
【００１０】
そこで燃料分離システム１Ａでは、先ず、開放弁１２７を開弁することで、低圧室１２４、凝縮器１３、高オクタン価燃料バッファタンク１４及び送液ポンプ１４９の負圧を開放し、これらの内圧を大気圧とする。その後、送液ポンプ１４９により高オクタン価燃料を加圧することで、大きな加圧が不要となり、送液ポンプ１４９の消費電力が抑制される。
【００１１】
しかしながら燃料分離システム１Ａでは、高オクタン価燃料の移送の際に、分離器１２の低圧室１２４の負圧まで開放されるため、移送中は燃料の分離速度が著しく低下する。
また、高オクタン価燃料の移送完了後、燃料の分離速度を回復させるためには、再度、低圧室１２４等を負圧状態にする必要がある。ところが、負圧状態の回復には時間を要し、これにより負圧ポンプの消費電力が大きくなる。
【００１２】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、消費電力を抑制しつつ、燃料の分離及び分離された高オクタン価燃料の移送に要する時間を短縮できる内燃機関の燃料分離システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため本発明は、アルコール（例えば、後述のエタノール）とガソリンの混合燃料を、該混合燃料よりオクタン価の高い高オクタン価燃料（例えば、後述の混合燃料よりエタノール濃度が高くオクタン価の高い高オクタン価燃料）と前記混合燃料よりオクタン価の低い低オクタン価燃料（例えば、後述の混合燃料よりエタノール濃度が低くオクタン価の低い低オクタン価燃料）とに分離する内燃機関（例えば、後述のエンジン２）の燃料分離システムであって、前記混合燃料を貯留する主タンク（例えば、後述の主タンク１０）と、該主タンクから供給された混合燃料を加熱する加熱器（例えば、後述の熱交換器１１）と、該加熱器により加熱された混合燃料を、高オクタン価燃料と低オクタン価燃料とに分離する分離器（例えば、後述の分離器１２）と、該分離器により分離された気体状態の高オクタン価燃料を凝縮する凝縮器（例えば、後述の凝縮器１３）と、該凝縮器により凝縮された高オクタン価燃料を負圧下で一時的に貯留する高オクタン価燃料バッファタンク（例えば、後述の高オクタン価燃料バッファタンク１４）と、該高オクタン価燃料バッファタンクの下方に配置され、前記高オクタン価燃料バッファタンクから供給された高オクタン価燃料を大気圧下で貯留する高オクタン価燃料タンク（例えば、後述の高オクタン価燃料タンク１５）と、吸気側が前記高オクタン価燃料バッファタンク内の上方空間（例えば、後述の上方空間１４６）に接続され且つ排気側が前記高オクタン価燃料タンク内の貯留部（例えば、後述の貯留部１５５）に接続された負圧ポンプ（例えば、後述の負圧ポンプ１４１）と、該負圧ポンプの吸気側と前記高オクタン価燃料タンク内の上方空間（例えば、後述の上方空間１５４）とを連通する第１連通路（例えば、後述の第１連通路１４４）に設けられ、該第１連通路を開放又は遮断する制御弁（例えば、後述の圧力制御弁１４２）と、前記高オクタン価燃料バッファタンク内の貯留部（例えば、後述の貯留部１４７）と前記高オクタン価燃料タンク内の上方空間（例えば、後述の上方空間１５４）とを連通する第２連通路（例えば、後述の第２連通路１４５）に設けられ、前記高オクタン価燃料タンクからの燃料の流れを妨げる第１逆止弁（例えば、後述の第１逆止弁１４３）と、前記凝縮器内の下部（例えば、後述の下部１３４）と前記高オクタン価燃料バッファタンク内の上方空間（例えば、後述の上方空間１４６）とを連通する第３連通路（例えば、後述の第３連通路１３３）に設けられ、前記高オクタン価燃料バッファタンクからの燃料の流れを妨げる第２逆止弁（例えば、後述の第２逆止弁１３１）と、を備え、前記制御弁により前記第１連通路が開放されると、前記高オクタン価燃料バッファタンク内の負圧が開放されることで前記第２逆止弁が閉弁されるとともに、前記高オクタン価燃料バッファタンク内の高オクタン価燃料の自重により前記第１逆止弁が開弁されることで、該高オクタン価燃料が前記第２連通路を介して前記高オクタン価燃料タンク内に移送されることを特徴とする内燃機関の燃料分離システムを提供する。
【００１４】
本発明では、高オクタン価燃料バッファタンクの下方に高オクタン価燃料タンクを配置し、高オクタン価燃料バッファタンク内の負圧を開放するための圧力制御弁を設ける。また、高オクタン価燃料バッファタンク内の貯留部と高オクタン価燃料タンク内の上方空間とを連通する第２連通路内における高オクタン価燃料タンクからの燃料の流れを妨げる第１逆止弁を設けるとともに、凝縮器内の下部と高オクタン価燃料バッファタンク内の上方空間とを連通する第３連通路内における高オクタン価燃料バッファタンクからの燃料の流れを妨げる第２逆止弁を設ける。
本発明によれば、圧力制御弁を開弁することで、高オクタン価燃料バッファタンク内の負圧を開放でき、高オクタン価燃料バッファタンクの内圧を概大気圧とすることができる。すると、高オクタン価燃料バッファタンクの貯留部に貯留されていた高オクタン価燃料の自重により、第１逆止弁１４３が開弁され、高オクタン価燃料が高オクタン価燃料タンク内に移送される。従って、本発明によれば、送液ポンプが不要であり、電力消費量を抑制できる。
また、高オクタン価燃料バッファタンクの内圧が概大気圧となることで、凝縮器の内圧との間に差圧が発生し、これにより第２逆止弁が閉弁するため、分離器の低圧室内及び凝縮器内の負圧が維持される。これにより、高オクタン価燃料の移送中であっても、燃料の分離速度が低下するのを抑制でき、燃料の分離を継続できる。
さらには、負圧が開放されるのは高オクタン価燃料バッファタンクのみであるため、高オクタン価燃料の移送完了後、元の負圧状態を速やかに回復でき、負圧ポンプの消費電力を抑制できる。
従って、本発明によれば、消費電力を抑制しつつ、燃料の分離及び分離された高オクタン価燃料の移送に要する時間を短縮できる。
【００１５】
前記凝縮器は、前記分離器の下方に配置され、前記高オクタン価燃料バッファタンクは、前記凝縮器の下方に配置されることが好ましい。
【００１６】
ところで、燃料分離システムでは、凝縮器以外の負圧部位において、高オクタン価燃料が液化することがあり、液化した高オクタン価燃料を負圧ポンプでドレンする必要がある。しかしながら、その液化部位が複数箇所に亘る場合には、負圧ポンプを複数設置する必要があり、消費電力が増大する。
そこでこの発明によれば、凝縮器を分離器の下方に配置するとともに、高オクタン価燃料バッファタンクを凝縮器の下方に配置する。即ちこの発明によれば、上方から下方に向かって順に、分離器、凝縮器及び高オクタン価燃料バッファタンクが配置されるため、凝縮器以外の負圧部位で高オクタン価燃料が液化した場合であっても、重力により、液化した高オクタン価燃料を下方の高オクタン価燃料バッファタンク内に導くことができる。従って、ドレン排出用のポンプが不要であり、消費電力をより抑制できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、消費電力を抑制しつつ、燃料の分離及び分離された高オクタン価燃料の移送に要する時間を短縮できる内燃機関の燃料分離システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係るエンジンの燃料分離システムの構成を示す図である。
【図２】上記実施形態に係る燃料分離システムのシステム回路図である。
【図３】上記実施形態に係る高オクタン価燃料の移送制御の手順を示すフローチャートである。
【図４】従来の燃料分離システムのシステム回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るエンジン２の燃料分離システム１の構成を示す図である。エンジン２の燃料分離システム１は、図示しない車両に搭載され、車両の走行中にエタノールとガソリンの混合燃料を、混合燃料よりエタノール濃度が高くオクタン価の高い高オクタン価燃料と、混合燃料よりエタノール濃度が低くオクタン価の低い低オクタン価燃料とに分離する。
【００２０】
図１に示すように、本実施形態に係るエンジン２の燃料分離システム１は、主タンク１０と、熱交換器１１と、分離器１２と、凝縮器１３と、高オクタン価燃料バッファタンク１４と、高オクタン価燃料タンク１５と、ラジエータ１６と、キャニスタ１８と、電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という。）５と、を備える。
【００２１】
主タンク１０は、給油口から供給されたエタノールとガソリンの混合燃料を貯留する。本実施形態では、混合燃料として、最も普及しているエタノール含有率が１０％の混合燃料（Ｅ１０）が好ましく使用される。主タンク１０には、後述する熱交換器１１及び分離器１２に燃料を供給するための第１燃料通路１０１が接続される。
【００２２】
主タンク１０内の貯留部１０ａには、第１燃料通路１０１に接続された燃料ポンプ１０２が設けられる。この燃料ポンプ１０２の回転数はＥＣＵ５により制御され、これにより、主タンク１０内の混合燃料は第１燃料通路１０１を介して熱交換器１１内に供給される。
熱交換器１１の上流側の第１燃料通路１０１には、第１温度センサ１０４が設けられる。第１温度センサ１０４は、第１燃料通路１０１を介して熱交換器１１内に供給される燃料の温度を検出し、これに応じた検出信号をＥＣＵ５に出力する。
【００２３】
熱交換器１１は、第１燃料通路１０１の途中に設けられ、燃料ポンプ１０２により第１燃料通路１０１を介して供給された燃料を、エンジン２の冷却水（ＬＬＣ）との熱交換により加熱する。これにより、後述する分離器１２の分離膜１２２に供給される燃料が昇温されることで、分離膜１２２による分離効率が向上する。
熱交換器１１には、エンジン２の冷却水が流れる冷却水通路１１１が接続され、エンジン２の冷却水が熱交換器１１内を流通する。冷却水通路１１１には、冷却水通路１１１内を流れる冷却水の流量を調整する流量調整弁１１２が設けられ、この流量調整弁１１２はＥＣＵ５により制御される。また、冷却水通路１１１のエンジン２側には、水温センサ１１３が設けられ、この水温センサ１１３は、冷却水通路１１１内を流れる冷却水の温度を検出し、これに応じた検出信号をＥＣＵ５に出力する。
なお、冷却水通路１１１内を流れる冷却水は、図示しない車両のラジエータにより適宜冷却される。また、熱交換器１１は、電気ヒータをさらに備えてもよく、電気ヒータで代替されてもよい。
【００２４】
分離器１２は、熱交換器１１により加熱されて供給された混合燃料を、該混合燃料よりエタノール濃度が高くオクタン価の高い高オクタン価燃料と、よりエタノール濃度が低くオクタン価の低い低オクタン価燃料とに分離する。
熱交換器１１の下流側で且つ分離器１２の上流側の第１燃料通路１０１には、第２温度センサ１２６が設けられる。第２温度センサ１２６は、熱交換器１１により加熱されて分離器１２に供給される燃料の温度を検出し、これに応じた検出信号をＥＣＵ５に出力する。
【００２５】
分離器１２は、透過気化法（パーベーパレーション法）を利用した分離器である。分離器１２は、混合燃料中の高オクタン価成分であるエタノールを選択的に透過させる分離膜１２２と、この分離膜１２２により区画された高圧室１２３及び低圧室１２４と、低圧室１２４内の圧力を検出する圧力センサ１２５と、を備える。
【００２６】
高圧室１２３は、第１燃料通路１０１の熱交換器１１下流側に接続され、第１燃料通路１０１に設けられた燃料ポンプ１０２により加圧され、燃圧レギュレータ１６５により設定された圧力に保たれる。低圧室１２４は、後述する凝縮器１３及び高オクタン価燃料バッファタンク１４を介して負圧ポンプ１４１の吸気側に接続され、これにより負圧に保たれる。低圧室１２４内には、圧力センサ１２５が設けられる。圧力センサ１２５は、低圧室１２４内の圧力を検出し、これに応じた検出信号をＥＣＵ５に出力する。
【００２７】
熱交換器１１により加熱された燃料が高圧室１２３内に供給されると、高オクタン価成分のエタノールが分離膜１２２を選択的に透過し、低圧室１２４内に気体状態で高オクタン価燃料が浸出する。一方、高圧室１２３内には低オクタン価燃料が残存する。これにより、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る。
分離器１２の分離効率は、供給される燃料の温度や流量と、高圧室１２３及び低圧室１２４内の圧力とにより調整される。
【００２８】
凝縮器１３は、気体状態の高オクタン価燃料を凝縮する。この凝縮器１３は、分離器１２の下方に配置される。凝縮器１３は、その上流側が分離器１２の低圧室１２４に接続され、その下流側が後述する高オクタン価燃料バッファタンク１４を介して負圧ポンプ１４１の吸気側に接続される。これにより、凝縮器１３内は負圧に制御され、高オクタン価燃料の蒸気圧よりも低圧に保たれるため、気体状態の高オクタン価燃料が低圧室１２４から凝縮器１３内に供給されて、凝縮される。
凝縮器１３は、空冷式の凝縮器であり、プレート状の複数のフィン１３０と、冷却ファン１３２と、を備える。冷却ファン１３２は、その回転数がＥＣＵ５により制御される。なお、凝縮器１３として、水冷式あるいは他の冷媒を用いた凝縮器を使用してもよい。
【００２９】
高オクタン価燃料バッファタンク１４は、高オクタン価燃料を負圧下で一時的に貯留する。高オクタン価燃料バッファタンク１４は、凝縮器１３の下方に配置される。高オクタン価燃料バッファタンク１４の上方空間１４６は、凝縮器１３の下部１３４と第３連通路１３３により連通されるとともに、後述する負圧ポンプ１４１の吸気側に接続される。これにより、高オクタン価燃料が、凝縮器１３から高オクタン価燃料バッファタンク１４内に供給される。
高オクタン価燃料バッファタンク１４の上方空間１４６と凝縮器１３の下部１３４とを連通する第３連通路１３３には、高オクタン価燃料バッファタンク１４から凝縮器１３への燃料の流れを妨げる第２逆止弁１３１が設けられる。
高オクタン価燃料バッファタンク１４内には、高オクタン価燃料の残量を検出する高オクタン価燃料バッファタンク残量センサ１４８が設けられる。
【００３０】
高オクタン価燃料タンク１５は、高オクタン価燃料を大気圧下で貯留する。高オクタン価燃料タンク１５は、高オクタン価燃料バッファタンク１４の下方に配置される。高オクタン価燃料タンク１５の上方空間１５４は、高オクタン価燃料バッファタンク１４の貯留部１４７と第２連通路１４５により連通される。第２連通路１４５には、高オクタン価燃料タンク１５から高オクタン価燃料バッファタンク１４への燃料の流れを妨げる第１逆止弁１４３が設けられる。
【００３１】
高オクタン価燃料タンク１５の貯留部１５５は、吸気側が高オクタン価燃料バッファタンク１４の上方空間１４６に接続された負圧ポンプ１４１の排気側に接続される。また、高オクタン価燃料タンク１５の上方空間１５４は、負圧ポンプ１４１の吸気側と第１連通路１４４により連通される。第１連通路１４４には、該第１連通路１４４を開放又は遮断する圧力制御弁１４２が設けられる。負圧ポンプ１４１の回転数及び圧力制御弁１４２の開閉は、ＥＣＵ５により制御される。圧力制御弁１４２は、例えば電磁弁で構成される。
高オクタン価燃料タンク１５内には、高オクタン価燃料の残量を検出する高オクタン価燃料タンク残量センサ１５６が設けられる。
【００３２】
圧力制御弁１４２が開弁されると、高オクタン価燃料バッファタンク１４の上方空間１４６が、負圧ポンプ１４１の吸気側と遮断される一方で、大気圧下の高オクタン価燃料タンク１５の上方空間１５４と連通される。これにより、高オクタン価燃料バッファタンク１４内の負圧が開放され、高オクタン価燃料バッファタンク１４の内圧が概大気圧となる。すると、高オクタン価燃料バッファタンク１４の貯留部１４７に貯留されていた高オクタン価燃料の自重により、第１逆止弁１４３が開弁され、高オクタン価燃料が高オクタン価燃料タンク１５内に移送される。
また、高オクタン価燃料バッファタンク１４の内圧が概大気圧となることで、凝縮器１３の内圧との間に差圧が発生し、これにより第２逆止弁１３１が閉弁するため、分離器１２の低圧室１２４内及び凝縮器１３内の負圧が維持される。厳密に言えば、燃料の分離進行分の負圧低下はあるものの、短時間であれば分離器１２の低圧室１２４内及び凝縮器１３内の負圧は維持され、分離が継続可能である。
【００３３】
高オクタン価燃料タンク１５に貯留された高オクタン価燃料は、高オクタン価燃料タンク１５の下部（貯留部）に設けられた燃料ポンプ１５１により、不図示の燃圧レギュレータにより設定された所定の圧力まで昇圧され、高オクタン価燃料通路１５２内に圧送される。圧送された高オクタン価燃料は、ポートインジェクタ５１によりエンジン２の吸気ポート３０内に適宜噴射される。ポートインジェクタ５１の噴射時期及び噴射時間は、ＥＣＵ５により制御される。
【００３４】
また、高オクタン価燃料タンク１５の上方空間１５４は、後述するキャニスタ１８と二方弁１５３を介して接続される。キャニスタ１８内の圧力が高オクタン価燃料タンク１５内の圧力より高くなると、キャニスタ１８内の蒸発燃料が高オクタン価燃料タンク１５内に供給される。一方、高オクタン価燃料タンク１５内の圧力がキャニスタ１８内の圧力より高くなると、高オクタン価燃料タンク１５内の蒸発燃料がキャニスタ１８内に供給される。
【００３５】
ラジエータ１６は、分離器１２により分離された低オクタン価燃料を冷却する。ラジエータ１６は、第２燃料通路１２１の途中に設けられ、分離器１２の下流側に配置される。ラジエータ１６は、コルゲート状の複数のフィン１６０と、冷却ファン１６１と、を備える。冷却ファン１６１は、その回転数がＥＣＵ５により制御される。分離膜１２２により分離された高温の低オクタン価燃料は、このラジエータ１６により冷却される。
ラジエータ１６の出口には、温度センサ１６２が設けられる。温度センサ１６２は、ラジエータ１６により冷却された燃料の温度を検出し、これに応じた検出信号をＥＣＵ５に出力する。
【００３６】
ラジエータ１６の下流側は、主タンク１０と第２燃料通路１２１により接続される。即ち、分離膜１２２により分離された低オクタン価燃料は、主タンク１０内に供給されて分離前の混合燃料と混合され、再び分離に供される。このようにして、燃料中の高オクタン価成分濃度が、分離が完了したと判断できる所定の閾値以下となるまで、主タンク１０及び分離膜１２２間を循環する。
【００３７】
第２燃料通路１２１には、燃圧レギュレータ１６５が設けられる。この燃圧レギュレータ１６５により、第２燃料通路１２１内を流れる燃料の燃圧が除去される。
また、燃圧レギュレータ１６５よりも下流側の第２燃料通路１２１には、燃料中の高オクタン価成分濃度を検出又は推定可能な高オクタン価成分濃度検出部として、例えばエタノールセンサ等の高オクタン価成分濃度センサ１６６が設けられる。高オクタン価成分濃度センサ１６６は、燃料中の高オクタン価成分濃度を検出し、これに応じた検出信号をＥＣＵ５に出力する。
【００３８】
高オクタン価成分濃度センサ１６６により検出された燃料中の高オクタン価成分濃度が、分離が完了したと判断できる所定の閾値以下となった場合には、主タンク１０内に高オクタン価成分濃度が十分に小さい低オクタン価燃料が貯留されていることとなる。
主タンク１０内の低オクタン価燃料は、主タンク１０の貯留部１０ａに設けられた燃料ポンプ１０３により、所定の圧力まで昇圧され、低オクタン価燃料通路１０６内に圧送される。圧送された低オクタン価燃料は、直噴インジェクタ５２によりエンジン２の燃焼室２０内に適宜噴射される。燃料ポンプ１０３の回転数と、直噴インジェクタ５２の噴射時期及び噴射時間は、ＥＣＵ５により制御される。
【００３９】
主タンク１０の上方空間１０ｂは、後述するキャニスタ１８と二方弁１０５を介して接続される。キャニスタ１８内の圧力が主タンク１０内の圧力より高くなると、キャニスタ１８内の蒸発燃料が主タンク１０内に供給される。一方、主タンク１０内の圧力がキャニスタ１８内の圧力より高くなると、主タンク１０内の蒸発燃料がキャニスタ１８内に供給される。
【００４０】
キャニスタ１８は、活性炭等の吸着剤を内蔵し、高オクタン価成分のエタノール及び低オクタン価成分のガソリン（炭化水素）を吸着して保持する。キャニスタ１８は、キャニスタ制御弁１８１を介してエンジン２の吸気ポート３０と接続される。キャニスタ制御弁１８１の開閉は、ＥＣＵ５により制御される。
吸気ポート３０内は負圧状態であることから、キャニスタ制御弁１８１が開弁されると、キャニスタ１８に吸着されて保持されていたエタノール及びガソリン（炭化水素）が、再び蒸発して蒸発燃料となって、吸気ポート３０内に供給される。これにより、蒸発燃料がエンジン２の燃焼室２０内に供給され、燃焼される。
なお、蒸発燃料以外の窒素等の空気成分は、キャニスタ１８から排出通路１８２を介して車外に排出される。
【００４１】
エンジン２は、複数のシリンダ２３を備えた多気筒エンジンである。図１には、このうちの１つを代表的に示す。エンジン２は、シリンダ２３が形成されたシリンダブロック２１と、シリンダヘッド２２とを組み合わせて構成される。シリンダ２３内には、ピストン２４が摺動可能に設けられる。ピストン２４の頂面とシリンダヘッド２２のシリンダ２３側の面により、エンジン２の燃焼室２０が形成される。ピストン２４は、コンロッドを介して図示しないクランクシャフトに連結されている。即ち、シリンダ２３内におけるピストン２４の往復動に応じて図示しないクランクシャフトが回転する。
【００４２】
エンジン２には、吸気が流れる吸気管３と、排気が流れる排気管４と、が設けられる。シリンダヘッド２２には、燃焼室２０と吸気管３とを接続する吸気ポート３０と、燃焼室２０と排気管４とを接続する排気ポート４０と、が形成されている。吸気ポート３０のうち燃焼室２０に臨む吸気開口は、吸気バルブ２７により開閉される。排気ポート４０のうち燃焼室２０に臨む排気開口は、排気バルブ２８により開閉される。
【００４３】
シリンダヘッド２２には、燃焼室２０内に臨む点火プラグ２９と、吸気バルブ２７を開閉駆動する図示しない吸気カムシャフトと、排気バルブ２８を開閉駆動する排気カムシャフトと、が設けられる。点火プラグ２９は、図示しないイグナイタ及びそのドライバを介してＥＣＵ５に接続され、その点火時期がＥＣＵ５により制御される。
【００４４】
吸気管３には、上流側から下流側に向かって順に、図示しない過給機のコンプレッサ及びインタークーラ、スロットル弁３１が設けられる。スロットル弁３１は、エンジン２の燃焼室２０内に供給される空気の流量（吸気流量）を制御する。スロットル弁３１は、図示しないドライバを介してＥＣＵ５に接続される。
【００４５】
排気管４には、上流側から下流側へ向かって順に、図示しない過給機のタービン、排気を浄化する排気浄化触媒が設けられる。排気浄化触媒は、例えば三元触媒であり、排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等を浄化する。
【００４６】
ＥＣＵ５は、エンジン２及び燃料分離システム１を制御する電子制御ユニットであり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び各種インターフェース等の電子回路を含んで構成される。また、ＥＣＵ５には、後述する混合燃料の燃料分離制御を実行する燃料分離制御部が構成され、この燃料分離制御部には、高オクタン価燃料の移送を実行する移送制御部が構成される。ＥＣＵ５には、エンジン２及び燃料分離システム１の状態及びこれらを搭載した車両の状態等を把握するため、上述した各種のセンサ、弁、ポンプ、ファン等が接続される。
【００４７】
次に、本実施形態に係る燃料分離システム１における燃料分離制御の動作について、図２を参照して説明する。
図２は、本実施形態に係る燃料分離システム１のシステム回路図である。図２に示すように、先ず、主タンク１０内に給油された混合燃料は、燃料ポンプ１０２（燃圧３００〜４００ｋＰａ）により、第１燃料通路１０１の途中に設けられた熱交換器１１に供給され、熱交換器１１内を流通するエンジン２の冷却水との熱交換により加熱される。加熱された混合燃料は、分離器１２内の分離膜１２２に供給され、高オクタン価成分（アルコール）が選択的に分離膜１２２を透過する。これにより、混合燃料が、高オクタン価燃料と低オクタン価燃料とに分離される。
【００４８】
低圧室１２４で分離された高オクタン価燃料は、気体状態であり、負圧ポンプ１４１の作用により負圧状態に保たれた低圧室１２４から、同じく負圧状態に保たれた凝縮器１３内に供給される。気体状態の高オクタン価燃料は、凝縮器１３内で凝縮されて液体状態となった後、負圧ポンプ１４１の作用により負圧状態に保たれた高オクタン価燃料バッファタンク１４内に供給され、負圧下で一時的に貯留される。
【００４９】
高オクタン価燃料バッファタンク１４内の高オクタン価燃料は、所定のタイミングで、高オクタン価燃料タンク１５内に移送される。高オクタン価燃料の移送は、ＥＣＵ５の移送制御により実行され、これについては後段で詳述する。
高オクタン価燃料タンク１５内に移送されて貯留された高オクタン価燃料は、ポートインジェクタ５１により吸気ポート３０内に適宜噴射される。また、主タンク１０及び高オクタン価燃料タンク１５内で発生した蒸発燃料は、キャニスタ１８に吸着された後、パージされてエンジン２の燃焼に供される。
【００５０】
一方、高圧室１２３で分離された液体状態の低オクタン価燃料は、ラジエータ１６により冷却された後、燃圧レギュレータ１６５により燃圧が除去される。その後、低オクタン価燃料は、主タンク１０内に戻されて混合燃料と混合され、再び分離に供される。混合燃料を分離膜１２２に１回接触させただけでは、高オクタン価成分を完全には分離できないため、複数回、分離膜１２２に接触させる。そして、高オクタン価成分濃度センサ１６６により検出された高オクタン価成分濃度が所定の閾値以下となった場合には、分離が完了したと判断し、燃料分離制御を終了する。主タンク１０内の低オクタン価燃料は、直噴インジェクタ５２によりエンジン２の燃焼室２０内に適宜噴射される。
【００５１】
次に、本実施形態に係る燃料分離システム１における高オクタン価燃料の移送制御について、図３を参照して説明する。
図３は、本実施形態に係る高オクタン価燃料の移送制御の手順を示すフローチャートである。この移送制御は、ＥＣＵ５の移送制御部により、上述の燃料分離制御が開始されたことに応じて実行される。
【００５２】
ステップＳ１では、先ず、圧力制御弁１４２を閉弁してステップＳ２に移る。これにより、負圧ポンプ１４１の吸気側と大気圧下の高オクタン価燃料タンク１５の上方空間１５４とが遮断され、高オクタン価燃料バッファタンク１４内が負圧に維持される。即ち、燃料の分離が行われる。
【００５３】
ステップＳ２では、高オクタン価燃料タンク１５内の高オクタン価燃料の残量が規定量以下であるか否かを判断する。この判別がＹＥＳの場合には、高オクタン価燃料バッファタンク１４内から高オクタン価燃料タンク１５内への高オクタン価燃料の移送が可能であると判断し、ステップＳ３に移る。この判別がＮＯの場合には、上記高オクタン価燃料の移送が不可能であると判断し、ステップＳ７に移る。
なお、規定量は、高オクタン価燃料タンクの容量に応じて、予め設定される（ステップＳ５も同様）。
【００５４】
ステップＳ７では、高オクタン価燃料バッファタンク１４内の高オクタン価燃料の残量が規定量以下であるか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合には、ステップＳ９に移って燃料分離続行の判定をし、ステップＳ２に戻る。この判別がＮＯの場合には、ステップＳ８に移って燃料分離停止の判定をし、ステップＳ２に戻る。これにより、燃料分離制御が停止される。
なお、規定量は、高オクタン価燃料バッファタンクの容量に応じて、予め設定される。
【００５５】
ステップＳ３では、上記高オクタン価燃料の移送を実行するべく、圧力制御弁１４２を開弁する。これにより、高オクタン価燃料バッファタンク１４内の負圧が開放され、高オクタン価燃料バッファタンク１４の内圧が概大気圧となる。すると、高オクタン価燃料バッファタンク１４の貯留部１４７に貯留されていた高オクタン価燃料の自重により、第１逆止弁１４３が開弁され、高オクタン価燃料が高オクタン価燃料タンク１５内に移送される。
なおこのとき、高オクタン価燃料バッファタンク１４の内圧が概大気圧となることで、凝縮器１３の内圧との間に差圧が発生し、これにより第２逆止弁１３１が閉弁するため、分離器１２の低圧室１２４内及び凝縮器１３内の負圧が維持される。
【００５６】
ステップＳ４では、高オクタン価燃料バッファタンク１４内の高オクタン価燃料の残量が０であるか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合には、高オクタン価燃料バッファタンク１４内から高オクタン価燃料タンク１５内への高オクタン価燃料の移送が完了したと判断し、ステップＳ６に移って圧力制御弁１４２を閉弁して本処理を終了する。圧力制御弁１４２を閉弁することで、再び高オクタン価燃料バッファタンク１４内は負圧状態となり、第１逆止弁１４３が閉弁され、燃料の分離が再び行われる。
【００５７】
また、ステップＳ４の判別がＮＯの場合には、ステップＳ５に移って、高オクタン価燃料タンク１５内の高オクタン価燃料の残量が規定量以下であるか否かを判断する。この判別がＹＥＳの場合には、高オクタン価燃料の移送が可能であると判断し、ステップＳ４に戻る。この判別がＮＯの場合には、高オクタン価燃料の移送が不可能であると判断し、ステップＳ６に移って圧力制御弁１４２を閉弁して本処理を終了する。
【００５８】
本実施形態によれば、以下の効果が奏される。
本実施形態では、高オクタン価燃料バッファタンク１４の下方に高オクタン価燃料タンク１５を配置し、高オクタン価燃料バッファタンク１４内の負圧を開放するための圧力制御弁１４２を設けた。また、高オクタン価燃料バッファタンク１４内の貯留部１４７と高オクタン価燃料タンク１５内の上方空間１５４とを連通する第２連通路１４５内における高オクタン価燃料タンク１５からの燃料の流れを妨げる第１逆止弁１４３を設けるとともに、凝縮器１３内の下部１３４と高オクタン価燃料バッファタンク１４内の上方空間１４６とを連通する第３連通路１３３内における高オクタン価燃料バッファタンク１４からの燃料の流れを妨げる第２逆止弁１３１を設けた。
本実施形態によれば、圧力制御弁１４２を開弁することで、高オクタン価燃料バッファタンク１４内の負圧を開放でき、高オクタン価燃料バッファタンク１４の内圧を概大気圧とすることができる。すると、高オクタン価燃料バッファタンク１４の貯留部１４７に貯留されていた高オクタン価燃料の自重により、第１逆止弁１４３が開弁され、高オクタン価燃料が高オクタン価燃料タンク１５内に移送される。従って、本実施形態によれば、送液ポンプが不要であり、電力消費量を抑制できる。
また、高オクタン価燃料バッファタンク１４の内圧が概大気圧となることで、凝縮器１３の内圧との間に差圧が発生し、これにより第２逆止弁１３１が閉弁するため、分離器１２の低圧室１２４内及び凝縮器１３内の負圧が維持される。これにより、高オクタン価燃料の移送中であっても、燃料の分離速度が低下するのを抑制でき、燃料の分離を継続できる。
さらには、負圧が開放されるのは高オクタン価燃料バッファタンク１４のみであるため、高オクタン価燃料の移送完了後、元の負圧状態を速やかに回復でき、負圧ポンプ１４１消費電力を抑制できる。
従って、本実施形態に係る燃料分離システム１によれば、消費電力を抑制しつつ、燃料の分離及び分離された高オクタン価燃料の移送に要する時間を短縮できる。
【００５９】
ところで、燃料分離システムでは、凝縮器１３以外の負圧部位において、高オクタン価燃料が液化することがあり、液化した高オクタン価燃料を負圧ポンプ１４１でドレンする必要がある。しかしながら、その液化部位が複数箇所に亘る場合には、負圧ポンプ１４１を複数設置する必要があり、消費電力が増大する。
そこで本実施形態によれば、凝縮器１３を分離器１２の下方に配置するとともに、高オクタン価燃料バッファタンク１４を凝縮器１３の下方に配置した。即ち本実施形態によれば、上方から下方に向かって順に、分離器１２、凝縮器１３及び高オクタン価燃料バッファタンク１４が配置されるため、凝縮器１３以外の負圧部位で高オクタン価燃料が液化した場合であっても、重力により、液化した高オクタン価燃料を下方の高オクタン価燃料バッファタンク１４内に導くことができる。従って、ドレン排出用のポンプが不要であり、消費電力をより抑制できる。
【００６０】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
上記実施形態では、エタノールとガソリンの混合燃料の使用を想定したが、本発明はこれに限定されない。ガソリンに混合するアルコール成分としては、エタノールに限らずメタノールやブタノール等でもよい。
【００６１】
上記実施形態では、分離器１２で分離された低オクタン価燃料を主タンク１０に戻す構成としたが、これに限定されない。例えば、低オクタン価燃料タンクを別途設け、この低オクタン価燃料タンクに低オクタン価燃料を貯留する構成としてもよい。
【００６２】
また、低オクタン価燃料タンクに加えて循環回路を設け、この循環回路内を少量の燃料が循環して分離が行われるように構成してもよい。この場合には、循環回路内を循環する燃料の分離が完了し、循環回路内の燃料の入替え、即ち該燃料を低オクタン価燃料タンクへ排出するのと同じタイミングで圧力制御弁１４２を開弁し、高オクタン価燃料バッファタンク１４内の高オクタン価燃料を高オクタン価燃料タンク１５に移送するのが好ましい。これにより、燃料の分離及び分離された高オクタン価燃料の移送に要する時間をさらに短縮できる。
【符号の説明】
【００６３】
１…燃料分離システム
２…エンジン（内燃機関）
５…ＥＣＵ
１０…主タンク
１１…加熱器（熱交換器）
１２…分離器
１３…凝縮器
１４…高オクタン価燃料バッファタンク
１５…高オクタン価燃料タンク
５１…ポートインジェクタ（高オクタン価燃料供給手段）
５２…直噴インジェクタ（低オクタン価燃料供給手段）
１３１…第２逆止弁
１３３…第３連通路
１３４…下部
１４１…負圧ポンプ
１４２…制御弁（圧力制御弁）
１４３…第１逆止弁
１４４…第１連通路
１４５…第２連通路
１４６，１５４…上方空間
１４７，１５５…貯留部
【図１】
2014227898.tif 000003
【図２】
2014227898.tif 000004
【図３】
2014227898.tif 000005
【図４】
2014227898.tif 000006