(57)【要約】【課題】低オクタン価燃料タンク、高オクタン価燃料バッファタンク及び高オクタン価燃料タンクの容量を小さくでき、システムを小型化できるとともに、従来よりも高オクタン価成分を多く分離でき且つ安定したオクタン価の高オクタン価燃料及び低オクタン価燃料をエンジンに供給できる燃料分離システムを提供すること。【解決手段】主タンク１０から分離器１２に燃料を供給するための第１燃料通路１０１に設けられた第１逆止弁１０２よりも下流側と、分離器１２で分離された低オクタン価燃料が流通する第２燃料通路１２１に設けられた第２逆止弁１６４よりも上流側との間には、これらの通路を連結することで低オクタン価燃料が循環する循環通路１００を形成するバイパス通路１６２が設けられ、このバイパス通路１６２を開放又は遮断する循環制御弁１６３が設けられたエンジン２の燃料分離システム１である。【選択図】図１
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【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、
前記主タンクから第１燃料通路を介して供給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、
前記分離器により分離され且つ第２燃料通路を介して供給された低オクタン価燃料を貯留する低オクタン価燃料タンクと、
前記高オクタン価燃料タンク内の高オクタン価燃料を前記内燃機関に供給する高オクタン価燃料供給手段と、
前記低オクタン価燃料タンク内の低オクタン価燃料を前記内燃機関に供給する低オクタン価燃料供給手段と、を備え、
前記第１燃料通路の前記主タンク側には、前記主タンクへの燃料の流れを妨げる第１逆止弁が設けられ、
前記第２燃料通路の前記低オクタン価燃料タンク側には、前記低オクタン価燃料タンクからの燃料の流れを妨げる第２逆止弁が設けられ、
前記第１燃料通路の前記第１逆止弁よりも下流側と、前記第２燃料通路の前記第２逆止弁よりも上流側との間には、これらの通路を連結することで低オクタン価燃料が循環する循環通路を形成するバイパス通路と、該バイパス通路を開放又は遮断する制御弁と、が設けられてい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】
前記制御弁を開弁して前記バイパス通路を開放することで低オクタン価燃料を前記循環通路内で循環させ、循環する低オクタン価燃料中の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、前記制御弁を閉弁して前記バイパス通路を遮断することで前記循環する低オクタン価燃料を前記低オクタン価燃料タンクに供給する制御手段をさらに備え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。
【請求項３】
前記制御手段は、前記内燃機関の運転状態と、前記低オクタン価燃料タンク内に貯留されている低オクタン価燃料量と、前記高オクタン価燃料タンク内に貯留されている高オクタン価燃料量と、に基づいて、前記制御弁を制御することを特徴とする請求項２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８は、従来の燃料分離システム１Ａの構成を示す図である。図８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器１２と、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、低オクタン価燃料を貯留する低オクタン価燃料タンク１７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１０３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、燃圧レギュレータ１６５の設定圧力まで加圧、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を透過し、気化した状態で負圧下の低圧室１２４に流入することで、高オクタン価燃料と低オクタン価燃料とに分離される。分離された高オクタン価燃料は、凝縮器１３により凝縮されて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、一時的に貯留された後、大気圧下の高オクタン価燃料タンク１５に適宜供給される。高オクタン価燃料タンク１５内に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。
【０００６】
一方、分離された低オクタン価燃料は、第２燃料通路１２１Ａの途中に設けられたラジエータ１６により冷却された後、三方弁１６８により排出通路１６９を遮断することで主タンク１０内に戻される。即ち、分離された低オクタン価燃料は、分離前の混合燃料と混合されて再び分離膜１２２に供給され、主タンク１０と分離膜１２２との間を循環する。これは、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である。そして、分離膜１２２による分離が複数回行われて分離が完了したと判断された後に、三方弁１６８により排出通路１６９を開放することで、低オクタン価燃料は低オクタン価燃料タンク１７内に排出されて貯留される。低オクタン価燃料タンク１７内に貯留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。
【０００７】
上述の燃料分離システム１Ａによれば、例えば給油直後で燃料の分離がまだ完了していない場合には、前回給油時に分離されて低オクタン価燃料タンク１７に備蓄されている低オクタン価燃料を、エンジン２の運転に使用することができる。そのため、分離前の混合燃料の消費を回避でき、高オクタン価成分をより多く分離できる。
【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、通常、混合燃料中の高オクタン価成分（アルコール）の濃度は、体積割合で１０％程度あるいはそれ以下である。そのため、上述の燃料分離システム１Ａでは、主タンク１０内に給油された混合燃料の分離が完了するまでに、エンジン２の運転に必要とされる低オクタン価燃料を低オクタン価燃料タンク１７に貯留するためには、十分な容量の低オクタン価燃料タンクが必要となる。そのため、低オクタン価燃料タンクが大型化し、システムが大型化する。
【００１０】
図９は、従来の燃料分離システム１Ａにおける消費燃料を示す図である。図９の横軸は時間を表し、縦軸は燃料量を表している。図９では、燃料分離システム１Ａにおいて、低オクタン価燃料タンク１７の容量一杯に貯留された低オクタン価燃料を、車両の走行に使用した場合を示している。この場合には、図９に示すように、車両の走行に消費した積算燃料量に応じて、低オクタン価燃料タンク１７内の低オクタン価燃料量が減少する。
ここで、燃料分離システム１Ａでは、主タンク１０内に給油された混合燃料全量を同時に分離に供するため、燃料の分離が完了するまでには長時間を要する。そのため、分離が完了する前に、低オクタン価燃料タンク１７内に備蓄されていた低オクタン価燃料を使い切ってしまった場合には、図９に示すように三方弁１６８を開弁して、まだ分離が完了していない主タンク１０内燃料をエンジン２の運転に使用せざるを得ない。この場合には、主タンク１０内燃料の積算消費量が時間とともに増加し、分離できる高オクタン価成分量が減少する。
【００１１】
また、図１０は、従来の燃料分離システム１Ａにおける分離経過時間と主タンク１０内燃料中の高オクタン価成分濃度（即ち、分離膜１２２供給燃料中の高オクタン価成分濃度）の関係を示す図である。図１０に示すように、燃料の分離の進行に伴い、主タンク１０内燃料中の高オクタン価成分濃度は徐々に低下する。また、その濃度変化率は、分離初期の方が大きく、濃度変化率が時間の経過とともに変化する。従って、まだ分離が完了していない主タンク１０内燃料をエンジン２の運転に使用せざるを得ない場合には、エンジン２の燃焼室２０内に噴射される低オクタン価燃料のオクタン価が徐々に低下し、その低下率が時間の経過とともに変化することとなり、エンジン２の燃焼が不安定となる。
【００１２】
また、図１１は、従来の燃料分離システム１Ａにおける分離膜１２２供給燃料中の高オクタン価成分濃度と高オクタン価燃料中の高オクタン価成分濃度の関係を示す図である。図１２は、従来の燃料分離システム１Ａにおける分離膜１２２供給燃料中の高オクタン価成分濃度と高オクタン価燃料タンク１５内高オクタン価燃料中の高オクタン価成分濃度の関係を示す図である。なお、図１２は、従来の燃料分離システム１Ａにおいて、高オクタン価燃料バッファタンク１４内の燃料を設けず、直接、高オクタン価燃料タンク１５に高オクタン価燃料を貯留する場合の例である。
【００１３】
図１１に示すように、分離膜１２２供給燃料中の高オクタン価成分濃度が低下するに従って、分離膜１２２により分離される高オクタン価燃料中の高オクタン価成分濃度が低下し、その濃度変化率は分離膜１２２供給燃料中の高オクタン価成分濃度により変化する。そのため、図１２に示すように、分離膜１２２供給燃料中の高オクタン価成分濃度が低下するに従って、高オクタン価燃料タンク１５内高オクタン価燃料中の高オクタン価成分濃度も低下し、その濃度変化率は分離膜１２２供給燃料中の高オクタン価成分濃度により変化する。従って、分離初期に高オクタン価燃料をエンジン２の運転に消費した場合には、分離後期の高オクタン価燃料のオクタン価がエンジン要求出力に応じた値を下回り、十分なノッキング抑制効果が得られないおそれがある。
【００１４】
また、図１２に示すように、高オクタン価燃料タンク１５内の高オクタン価燃料の備蓄量がない場合や少ない場合には、備蓄量がある場合と比べて、分離膜１２２供給燃料中の高オクタン価成分濃度が変化すると、高オクタン価燃料タンク１５内高オクタン価燃料中の高オクタン価成分濃度が急激に変化する。従って、この場合には、その急激な変化にエンジン制御系が追従できないおそれがある。
【００１５】
上述の不具合を回避するために、燃料の分離が完了するまでの間、分離された高オクタン価燃料を高オクタン価燃料バッファタンク１４に備蓄し、分離が完了した後に、高オクタン価燃料バッファタンク１４から高オクタン価燃料タンク１５に高オクタン価燃料を供給する方法が考えられる。しかしながら、この方法では、十分な容量の高オクタン価燃料バッファタンク及び高オクタン価燃料タンクが必要となる結果、高オクタン価燃料バッファタンク及び高オクタン価燃料タンクが大型化し、システムが大型化する。
【００１６】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、低オクタン価燃料タンク、高オクタン価燃料バッファタンク及び高オクタン価燃料タンクの容量を小さくでき、システムを小型化できるとともに、従来よりも高オクタン価成分を多く分離でき且つ安定したオクタン価の高オクタン価燃料及び低オクタン価燃料をエンジンに供給できる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】
【００１７】
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（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、前記主タンクから第１燃料通路（例えば、後述の第１燃料通路１０１）を介して供給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、前記分離器により分離され且つ第２燃料通路（例えば、後述の第２燃料通路１２１）を介して供給された低オクタン価燃料を貯留する低オクタン価燃料タンク（例えば、後述の低オクタン価燃料タンク１７）と、前記高オクタン価燃料タンク内の高オクタン価燃料を前記内燃機関に供給する高オクタン価燃料供給手段（例えば、後述のポートインジェクタ５１，燃料ポンプ１５１，ＥＣＵ５）と、前記低オクタン価燃料タンク内の低オクタン価燃料を前記内燃機関に供給する低オクタン価燃料供給手段（例えば、後述の直噴インジェクタ５２，燃料ポンプ１７１，ＥＣＵ５）と、を備え、前記第１燃料通路の前記主タンク側には、前記主タンクへ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１０２）が設けられ、前記第２燃料通路の前記低オクタン価燃料タンク側には、前記低オクタン価燃料タンクへ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１６４）が設けられ、前記第１燃料通路の前記第１逆止弁よりも下流側と、前記第２燃料通路の前記第２逆止弁よりも上流側との間には、これらの通路を連結することで低オクタン価燃料が循環する循環通路（例えば、後述の循環通路１００）を形成するバイパス通路（例えば、後述のバイパス通路１６２）と、該バイパス通路を開放又は遮断する制御弁（例えば、後述の循環制御弁１６３）と、が設けられていることを特徴とする内燃機関の燃料分離システム（例えば、後述の燃料分離システム１）を提供する。
【００１８】
本発明では、主タンクから分離器に燃料を供給するための第１燃料通路の主タンク側に、主タンクへの燃料の流れを妨げる第１逆止弁を設ける。また、分離器で分離された低オクタン価燃料が流通する第２燃料通路の低オクタン価燃料タンク側に、低オクタン価燃料タンクからの燃料の流れを妨げる第２逆止弁を設ける。そして、第１燃料通路の第１逆止弁よりも下流側と、第２燃料通路の第２逆止弁よりも上流側との間には、これらの通路を連結することで低オクタン価燃料が循環する循環通路を形成するバイパス通路を設け、このバイパス通路を開放又は遮断する制御弁を設ける。
本発明によれば、制御弁によりバイパス通路を開放して循環通路を形成することで、分離器から主タンク及び低オクタン価燃料タンクを遮断できる。そのため、主タンク内に給油された混合燃料を少量ずつ分離膜に供給し、分離が完了するまで燃料を主タンクに戻さずに、また低オクタン価燃料タンクに排出せずに、循環通路を循環させることができる。これにより、１回の分離サイクルで分離される高オクタン価燃料量及び低オクタン価燃料量が少量であるため、高オクタン価燃料バッファタンク、高オクタン価燃料タンク及び低オクタン価燃料タンクの容量を小さくでき、システムを小型化できる。
【００１９】
また、混合燃料を少量ずつ複数回に分けて分離できるため、１回の分離を短時間で完了できる。これにより、低オクタン価燃料タンク内の低オクタン価燃料量に応じた低オクタン価燃料の供給が可能となるため、低オクタン価燃料タンクの容量をより小さくでき、システムをより小型化できる。また、主タンク内の混合燃料をエンジンの運転に使用するのを抑制できるため、従来よりも高オクタン価成分量を多く分離できる。
【００２０】
また、分離開始時に分離膜に供給される混合燃料中の高オクタン価成分濃度は一定であるため、１回の分離が完了するごとに得られる低オクタン価燃料中のオクタン価は一定である。そのため、低オクタン価燃料タンク内の低オクタン価燃料中のオクタン価を安定化でき、エンジン２の燃焼を安定化できる。
同様に、分離開始時に分離膜に供給される混合燃料中の高オクタン価成分濃度は一定であるため、１回の分離が完了するまで高オクタン価燃料バッファタンク内に高オクタン価燃料を貯留しておくことで、分離完了後に、高オクタン価燃料バッファタンクから高オクタン価燃料タンク内に供給する高オクタン価燃料のオクタン価を一定にできる。従って、高オクタン価燃料タンク内の高オクタン価燃料のオクタン価を安定化でき、十分なノッキング抑制効果が得られる。
【００２１】
前記制御弁を開弁して前記バイパス通路を開放することで低オクタン価燃料を前記循環通路内で循環させ、循環する低オクタン価燃料中の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、前記制御弁を閉弁して前記バイパス通路を遮断することで前記循環する低オクタン価燃料を前記低オクタン価燃料タンクに供給する制御手段（例えば、後述のＥＣＵ５，高オクタン価成分濃度センサ１６６）をさらに備えることが好ましい。
【００２２】
この発明では、制御弁を開弁してバイパス通路を開放することで低オクタン価燃料を循環通路内で循環させる。また、循環する低オクタン価燃料中の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、制御弁を閉弁してバイパス通路を遮断することで、循環する低オクタン価燃料を低オクタン価燃料タンクに供給する。
この発明によれば、分離が完了したと判断できる高オクタン価成分濃度を予め閾値として設定することで、循環する燃料中の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できる。分離が完了したと判断できた場合には、循環通路を循環していた低オクタン価燃料を低オクタン価燃料タンクに供給することで、上記発明の効果がより確実に得られる。
【００２３】
前記制御手段は、前記内燃機関の運転状態と、前記低オクタン価燃料タンク内に貯留されている低オクタン価燃料量と、前記高オクタン価燃料タンク内に貯留されている高オクタン価燃料量と、に基づいて、前記制御弁を制御することが好ましい。
【００２４】
この発明では、エンジンの運転状態と、低オクタン価燃料タンク内に貯留されている低オクタン価燃料量と、高オクタン価燃料タンク内に貯留されている高オクタン価燃料量と、に基づいて、制御弁を制御する。
例えば、車両の走行による低オクタン価成分の消費が激しく、低オクタン価燃料の供給が追い付かない場合には、循環する燃料の分離が完了する前に循環制御弁を閉弁することで、循環通路内を循環していた燃料が低オクタン価燃料タンクに速やかに供給される。完全には分離しきれなかった高オクタン価成分は走行に消費されるが、従来のように分離前の混合燃料を走行に消費するよりは、高オクタン価成分の消費量が抑制される。
また、例えば走行による低オクタン価成分の消費が少なく、低オクタン価燃料タンクが一杯になった場合には、燃料の分離を停止する、あるいは燃料の分離を継続し、分離された低オクタン価燃料を低オクタン価燃料タンクに供給することで、低オクタン価燃料タンクからのオーバーフロー分を主タンクに供給する。
以上のようにして、車両の走行状況（運転状態）と、低オクタン価燃料、高オクタン価燃料の備蓄状況に応じて、燃料分離制御を行うことで、混合燃料中の高オクタン価成分を効率良く分離でき、上記発明の効果がより高められる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、低オクタン価燃料タンク、高オクタン価燃料バッファタンク及び高オクタン価燃料タンクの容量を小さくでき、システムを小型化できるとともに、従来よりも高オクタン価成分を多く分離でき且つ安定したオクタン価の高オクタン価燃料及び低オクタン価燃料をエンジンに供給できる燃料分離システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【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】燃料分離サイクルを１回としたときの各運転状態におけるＥ２燃料積算消費量（Ｌ）を示す図である。
【図３】燃料分離サイクルを２回としたときの各運転状態におけるＥ２燃料積算消費量（Ｌ）を示す図である。
【図４】燃料分離サイクル回数とＥ２燃料ストレージ必要量（Ｌ）との関係を示す図である。
【図５】上記実施形態に係る燃料分離制御の手順を示すフローチャートである。
【図６】上記実施形態に係る燃料分離システムにおける消費燃料を示す図である。
【図７】上記実施形態に係る燃料分離システムにおける分離経過時間と高オクタン価燃料バッファタンク内高オクタン価燃料中の高オクタン価成分濃度の関係を示す図である。
【図８】従来の燃料分離システムの構成を示す図である。
【図９】従来の燃料分離システムにおける消費燃料を示す図である。
【図１０】従来の燃料分離システムにおける分離経過時間と主タンク内燃料中の高オクタン価成分濃度の関係を示す図である。
【図１１】従来の燃料分離システムにおける分離膜供給燃料中の高オクタン価成分濃度と高オクタン価燃料中の高オクタン価成分濃度の関係を示す図である。
【図１２】従来の燃料分離システムにおける分離膜供給燃料中の高オクタン価成分濃度と高オクタン価燃料タンク内高オクタン価燃料中の高オクタン価成分濃度の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
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。
【００２８】
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、低オクタン価燃料タンク１７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。
【００２９】
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。
主タンク１０の上方空間は、後述する低オクタン価燃料タンク１７の上方空間と連通している。これにより、主タンク１０と低オクタン価燃料タンク１７は同圧に保たれる。また、仮に低オクタン価燃料タンク１７内でオーバーフローが発生した場合であっても、そのオーバーフロー分を主タンク１０内で貯留できる。
【００３０】
第１燃料通路１０１の主タンク１０側には、熱交換器１１から主タンク１０への燃料の流れを妨げる第１逆止弁１０２が設けられる。また、第１燃料通路１０１の第１逆止弁１０２よりも下流側には、燃料ポンプ１０３が設けられる。この燃料ポンプ１０３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。
【００３１】
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１０３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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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１０３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。
【００３５】
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。
【００３６】
凝縮器１３は、気体状態の高オクタン価燃料を凝縮する。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。
【００３７】
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の上方空間は、凝縮器１３の下部（貯留部）に接続されるとともに、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、不図示の燃料ポンプ等、何らかの燃料輸送手段によって、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。
【００３８】
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の上方空間は、高オクタン価燃料バッファタンク１４の下部（貯留部）に接続される。
高オクタン価燃料タンク１５と高オクタン価燃料バッファタンク１４の下部（貯留部）とを接続する燃料通路には、不図示の開閉弁及び燃料ポンプ等、何らかの燃料輸送手段が設けられ、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（蒸発）燃料の輸送を行う。
高オクタン価燃料タンク１５の下部（貯留部）は、吸気側が高オクタン価燃料バッファタンク１４の上方空間に接続された負圧ポンプ１４１の排気側に接続される。
【００３９】
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。
【００４０】
また、高オクタン価燃料タンク１５の上方空間は、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。
【００４１】
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。
なお、従来の燃料分離システム１Ａで設けられていたラジエータ出口の温度センサ１６７（図８参照）は、本実施形態では省略できる。これは、主タンク１０から供給された燃料の温度は、燃料の入替え時にのみ検出すればよく、循環中はラジエータ出口温度と熱交換器１１入口温度はほぼ同等とみなせるからである。
【００４２】
ラジエータ１６の下流側は、後述する低オクタン価燃料タンク１７と第２燃料通路１２１により接続される。第２燃料通路１２１には、低オクタン価燃料タンク１７からラジエータ１６への燃料の流れを妨げる第２逆止弁１６４が設けられる。また、第２逆止弁１６４の上流側の第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調整される。
【００４３】
第２燃料通路１２１の第２逆止弁１６４よりも上流側と、第１燃料通路１０１の第１逆止弁１０２の下流側との間には、これらの燃料通路を連結するバイパス通路１６２が設けられる。より詳しくは、バイパス通路１６２は、第２逆止弁１６４と燃圧レギュレータ１６５との間の第２燃料通路１２１と、第１逆止弁１０２と燃料ポンプ１０３との間の第１燃料通路１０１とを連結する。
バイパス通路１６２には、バイパス通路１６２を開放又は遮断する循環制御弁１６３が設けられる。循環制御弁１６３の開閉は、ＥＣＵ５により制御される。循環制御弁１６３は、例えば電磁弁で構成される。
また、バイパス通路１６２と第２燃料通路１２１の接続部には、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、循環する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。
【００４４】
循環制御弁１６３が開弁されると、バイパス通路１６２が開放されることで、第１燃料通路１０１、第２燃料通路１２１及びバイパス通路１６２により循環通路１００が形成される。これにより、循環通路１００内を燃料が循環する。なお、このとき、主タンク１０への燃料の流れは第１逆止弁１０２により妨げられ、低オクタン価燃料タンク１７からの燃料の流れは第２逆止弁１６４により妨げられる。
また、循環制御弁１６３が閉弁されると、バイパス通路１６２が遮断されることで、循環通路１００が遮断される。これにより、循環通路１００内を循環していた燃料は、後述する低オクタン価燃料タンク１７内に供給される。
【００４５】
低オクタン価燃料タンク１７に貯留された低オクタン価燃料は、低オクタン価燃料タンク１７の下部（貯留部）に設けられた燃料ポンプ１７１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、低オクタン価燃料通路１７２内に圧送される。圧送された低オクタン価燃料は、不図示の高圧燃料ポンプにより加圧された後に直噴インジェクタ５２によりエンジン２の燃焼室２０内に適宜噴射される。直噴インジェクタ５２に供給される燃料の圧力と、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。
【００４６】
上述したように、低オクタン価燃料タンク１７の上方空間は、主タンク１０の上方空間と連通している。また、低オクタン価燃料タンク１７の上方空間は、後述するキャニスタ１８と二方弁１７３を介して接続される。キャニスタ１８内の圧力が低オクタン価燃料タンク１７内及び主タンク１０内の圧力より高くなると、キャニスタ１８内の蒸発燃料が低オクタン価燃料タンク１７内に供給される。一方、低オクタン価燃料タンク１７内及び主タンク１０内の圧力がキャニスタ１８内の圧力より高くなると、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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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、後述する燃料分離制御を実行する燃料分離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。
【００５４】
次に、低オクタン価燃料タンク１７の容量及び高オクタン価燃料バッファタンク１４の容量について説明する。本実施形態に係る燃料分離システム１では、循環通路１００内で燃料を少量ずつ循環させて分離を行うため、短時間で低オクタン価燃料及び高オクタン価燃料が少量ずつ得られる。そのため、低オクタン価燃料量及び高オクタン価燃料量に応じて燃料の分離ができることから、低オクタン価燃料タンク１７の容量及び高オクタン価燃料バッファタンク１４の容量は、従来よりも小さく設計されている。これらタンクの容量の設定について、以下に説明する。
なお以下では、混合燃料として、エタノール１０％含有混合燃料（以下、「Ｅ１０燃料」という。）５０Ｌを使用し、分離膜１２２によりＥ１０燃料中のエタノールの８０％を分離することで、低オクタン価燃料としてエタノール２％含有混合燃料（以下、「Ｅ２燃料」という。）を得る場合を例に挙げて説明する。
【００５５】
図２は、燃料分離サイクルを１回としたときの各運転状態におけるＥ２燃料積算消費量を示す図である。図２に示す通り、従来の燃料分離システム１Ａのように５０ＬのＥ１０燃料を１回の燃料分離サイクルで行った場合、１回の燃料分離サイクルに要する時間はおよそ１５０分である。この時間は、システムの暖機時間と、燃料が主タンク１０と分離膜１２２とを５回循環する時間の合計である。図２から、このおよそ１５０分の分離時間の間に、Ｅ２燃料を高負荷運転に使用した場合には、およそ１４Ｌ消費されることが分かる。これは、低オクタン価燃料タンク１７の容量として少なくとも１４Ｌ以上でないと、低オクタン価燃料をエンジン２の運転に使い切ってしまい、主タンク１０内の分離前のＥ１０燃料を使用せざるを得ないことを意味する。
【００５６】
図３は、燃料分離サイクルを２回としたときの各運転状態におけるＥ２燃料積算消費量を示す図である。図３に示す通り、５０ＬのＥ１０燃料を２回の燃料分離サイクルで行った場合、２回の燃料分離サイクルに要する時間の合計は、上記と同様におよそ１５０分である。一方、１回目の燃料分離サイクルが完了するまでに要する時間は、およそ８０分である。図３から、このおよそ８０分の分離時間の間に、Ｅ２燃料を高負荷運転に使用した場合にはおよそ８Ｌ消費されることが分かる。これは、低オクタン価燃料タンク１７の容量として少なくとも８Ｌあれば、低オクタン価燃料タンク１７内の低オクタン価燃料を使い切る前に、分離が完了して低オクタン価燃料を補充することができ、主タンク１０内の分離前のＥ１０燃料を使用しなくて済むことを意味する。
【００５７】
図４は、燃料分離サイクル回数とＥ２燃料ストレージ必要量（Ｌ）との関係を示す図である。図４に示すように、燃料分離サイクルの回数を増やすことで、Ｅ２燃料ストレージ必要量（Ｌ）、即ち低オクタン価燃料タンク１７の容量として最低限必要な容量が減少することが分かる。例えば本実施形態では、燃料分離サイクルを３２回とし、この場合には図４からＥ２燃料ストレージ必要量はおよそ１Ｌであることから、低オクタン価燃料タンク１７の容量を１Ｌに設定している。
【００５８】
高オクタン価燃料バッファタンク１４の容量も、上記と同様の考え方で設定される。例えば本実施形態では、燃料分離サイクルを１回としたときの高オクタン価燃料ストレージ必要量はおよそ６．７Ｌであったため、燃料分離サイクルを３２回とすると６．７／３２＝およそ０．２Ｌであることから、高オクタン価燃料バッファタンク１４の容量を２５０ｍＬに設定している。
【００５９】
以上の構成を備える本実施形態に係る燃料分離システム１の基本動作について説明する。
先ず、主タンク１０内に給油された混合燃料は、燃料ポンプ１０３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。加熱されて一部が気化した混合燃料は、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。
【００６０】
分離膜１２２により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。
【００６１】
次いで、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の上方空間は、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内の圧力が大気圧となる。すると、高オクタン価燃料バッファタンク１４の下部（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４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内に供給される。
なお、このとき、高オクタン価燃料バッファタンク１４よりも上方の凝縮器１３内及び分離器１２の低圧室１２４内は、燃料の分離進行分の負圧低下があるのみであり、負圧が維持されて分離が継続される。
【００６２】
高オクタン価燃料バッファタンク１４から高オクタン価燃料タンク１５への高オクタン価燃料の供給が終了した後、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４逆止弁１４３が閉弁される。
大気圧下の高オクタン価燃料タンク１５内に供給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。
【００６３】
一方、分離膜１２２により分離された低オクタン価燃料は、第２燃料通路１２１Ａの途中に設けられたラジエータ１６により冷却された後、主タンク１０には戻らず、低オクタン価燃料タンク１７にも供給されずに、循環制御弁１６３が開弁することで形成される循環通路１００内を循環する。即ち、燃料は循環通路１００内を循環して、再び分離に供される。
【００６４】
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、循環制御弁１６３を閉弁する。これにより、循環通路１００が遮断され、循環していた燃料、即ち低オクタン価燃料が低オクタン価燃料タンク１７内に排出されて貯留される。
低オクタン価燃料が排出された後、循環制御弁１６３を開弁して循環通路１００を再び形成する。すると、主タンク１０から少量の混合燃料が第１燃料通路１０１内に供給されることで、循環通路１００内の燃料の入替えが行われ、再び分離が行われる。
低オクタン価燃料タンク１７内に貯留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。
【００６５】
次に、本実施形態に係る燃料分離システム１の燃料分離制御について説明する。図５は、本実施形態に係る燃料分離制御の手順を示すフローチャートである。この燃料分離制御は、車両のイグニッションスイッチがＯＮされた後、所定の周期でＥＣＵ５により繰り返し実行される。
【００６６】
ステップＳ１では、循環制御弁１６３を開弁するとともに、負圧ポンプ１４１の運転を開始する。このとき、処理回数ｎは０とする。これにより、バイパス通路１６２が開放されて循環通路１００が形成され、少量の燃料が循環通路１００内を循環し始める。
【００６７】
ステップＳ２では、循環通路１００を循環する燃料中の高オクタン価成分濃度が所定の閾値Ｃ１以下であるか否かを判別する。閾値Ｃ１は、予め実験を行うことにより求められ、循環通路１００内を循環する燃料の高オクタン価成分の多くが分離され、分離が完了したと判断できる値に設定される。
この判別がＹＥＳの場合には、今回は燃料分離が不要と判断し、ステップＳ３に移って循環通路１００内の燃料の入替えを開始する。ＮＯの場合には、燃料分離制御が必要と判断し、ステップＳ８に移って燃料分離制御を開始する。
【００６８】
ステップＳ８では、ｎ回目の燃料分離制御開始判定をし、処理回数ｎをｎ＋１としてステップＳ９に移る。燃料は、循環通路１００内を循環する過程で、分離膜１２２に複数回接触することで、高オクタン価成分の多くが分離される。
【００６９】
ステップＳ９では、循環通路１００を循環する燃料中の高オクタン価成分濃度が所定の閾値Ｃ１以下であるか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合には、今回の燃料分離が終了したものと判断し、ステップＳ１０に移ってｎ回目燃料分離制御終了判定をしてステップＳ３に戻る。この判別がＮＯの場合には、再び本ステップの判別を行う。
【００７０】
ステップＳ３では、入替開始判定をし、循環制御弁１６３を閉弁してバイパス通路１６２を遮断する。同時に、タイマーＴを０にリセットしてスタートさせる。これにより、循環通路１００内を循環していた低オクタン価燃料が低オクタン価燃料タンク１７に供給される。また、主タンク１０から第１燃料通路１０１へ混合燃料が少量供給される。
【００７１】
ステップＳ４では、循環通路１００を循環する燃料中の高オクタン価成分濃度が所定の閾値Ｃ１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Ｓ５に移り、入替・分離完了判定の処理へと向かう。この判別がＮＯの場合には、燃料分離制御が必要であると判断し、ステップＳ７に移って循環制御弁１６３を開弁して燃料分離制御を開始する。
【００７２】
ステップＳ５では、タイマーＴが所定の閾値Ｔ１以上であるか否かを判別する。閾値Ｔ１は、主タンク１０内の燃料が高オクタン価成分濃度センサ１６６に到達するのに要する時間に予め設定される。この判別がＹＥＳの場合には、燃料の入替えが完了したものと判断し、ステップＳ６に移る。ＮＯの場合には、燃料の入替えがまだ完了していないものと判断し、ステップＳ４に戻る。
【００７３】
ステップＳ６では、入替え・分離完了判定をし、循環制御弁１６３を閉弁するとともに、負圧ポンプ１４１の運転を停止し、本処理を終了する。
【００７４】
本実施形態に係る燃料分離システム１の燃料分離制御では、エンジン２の運転状態と、低オクタン価燃料タンク１７内に貯留されている低オクタン価燃料量と、高オクタン価燃料タンク１５内に貯留されている高オクタン価燃料量と、に基づいて、循環制御弁１６３を制御するのが好ましい。
例えば、車両の走行による低オクタン価成分の消費が激しく、低オクタン価燃料の供給が追い付かない場合には、循環通路１００内を循環する燃料の分離が完了する前に、循環制御弁１６３を閉弁する。これにより、循環通路１００内を循環していた燃料が低オクタン価燃料タンク１７に速やかに供給される。完全には分離しきれなかった高オクタン価成分は走行に消費されるが、従来のように分離前の混合燃料を走行に消費するよりは、高オクタン価成分の消費量が抑制される。
【００７５】
また、例えば走行による低オクタン価成分の消費が少なく、低オクタン価燃料タンク１７が一杯になった場合には、燃料の分離を停止する。あるいは、燃料の分離を継続し、分離された低オクタン価燃料を低オクタン価燃料タンク１７内に供給することで、低オクタン価燃料タンク１７からのオーバーフロー分を主タンク１０に供給する。
以上のようにして、車両の走行状況（運転状態）と、低オクタン価燃料、高オクタン価燃料の備蓄状況に応じて、燃料分離制御を行うことで、混合燃料中の高オクタン価成分を効率良く分離できる。
【００７６】
次に、本実施形態に係る燃料分離システム１における消費燃料について説明する。
図６は、本実施形態に係る燃料分離システム１における消費燃料を示す図である。図６の横軸は時間を表し、縦軸は燃料量を表している。図６では、燃料分離システム１において、従来よりも低容量の低オクタン価燃料タンク１７の容量一杯に貯留された低オクタン価燃料を、車両の走行に使用した場合を示している。この場合には、図６に示すように、先ず、車両の走行に消費した積算燃料量に応じて、低オクタン価燃料タンク１７内の低オクタン価燃料量が減少する。なお、このとき、循環通路１００内を少量の燃料が循環することで、燃料の分離が並行して行われる。
【００７７】
ここで、燃料分離システム１では、主タンク１０内に給油された混合燃料を、少量ずつ分離に供するため、１回の燃料分離サイクルが短時間で完了する。即ち、低オクタン価燃料タンク１７内の低オクタン価燃料量がゼロに近い所定値以下となるまでに、１回の燃料分離サイクルが完了する。そのため、低オクタン価燃料タンク１７内の低オクタン価燃料量がゼロに近い所定値以下となったときに、循環制御弁１６３を閉弁してバイパス通路１６２を遮断し、循環通路１００内を循環して分離が完了した低オクタン価燃料を低オクタン価燃料タンク１７内に供給できる。これにより、低オクタン価燃料タンク１７内の低オクタン価燃料量が急激に増加し、低オクタン価燃料タンク１７容量一杯とすることができる。
【００７８】
次いで、循環制御弁１６３を開弁し、再び循環通路１００内に少量の燃料を循環させることで、低オクタン価燃料タンク１７内の低オクタン価燃料量がゼロに近い所定値以下となるまでに、燃料の分離を完了させ、再び低オクタン価燃料を低オクタン価燃料タンク１７内に供給できる。
以上を繰り返すことで、低オクタン価燃料タンク１７内の低オクタン価燃料を使い切ってしまうのを回避でき、主タンク１０内燃料の積算消費量をゼロにできる。これにより、高オクタン価成分量をより多く分離できる。
【００７９】
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中の高オクタン価成分濃度について説明する。
図７は、本実施形態に係る燃料分離システム１における分離経過時間と高オクタン価燃料バッファタンク１４内高オクタン価燃料中の高オクタン価成分濃度の関係を示す図である。図７の横軸は分離経過時間を表し、縦軸は高オクタン価燃料バッファタンク内高オクタン価燃料中の高オクタン価成分濃度を表している。
【００８０】
図７に示すように、本実施形態に係る燃料分離システム１では、従来の燃料分離システム１Ａと比べてはるかに短時間で、高オクタン価燃料バッファタンク１４内高オクタン価燃料中の高オクタン価成分濃度が、高オクタン価燃料タンク設定濃度となることが分かる。これは、本実施形態に係る燃料分離システム１では、少量ずつ分離を行うため、循環通路１００内を循環して分離膜１２２に供給される燃料中の高オクタン価成分濃度の変動が大きく、分離される高オクタン価燃料中の高オクタン価成分濃度の変化も大きいからである。
【００８１】
ここで、高オクタン価燃料タンク設定濃度とは、高オクタン価燃料タンク１５内高オクタン価燃料中の高オクタン価成分濃度が変動するのを抑制するために、高オクタン価燃料バッファタンク１４内高オクタン価燃料中の高オクタン価成分濃度がある程度平均化されて低下したときの濃度に設定される。即ち、図７に示すように、高オクタン価燃料バッファタンク１４内高オクタン価燃料中の高オクタン価成分濃度は、分離初期が最も高く、分離が進むにつれて急激に低下する。そのため、高オクタン価燃料バッファタンク１４内で高オクタン価成分濃度がある程度平均化された後に、高オクタン価燃料を高オクタン価燃料タンク１５に排出することで、高オクタン価燃料タンク１５内の高オクタン価成分濃度の変動を抑制できる。従って、本実施形態に係る燃料分離システム１によれば、高オクタン価燃料タンク１５内の高オクタン価燃料のオクタン価を安定化できる。
【００８２】
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、主タンク１０から分離器１２に燃料を供給するための第１燃料通路１０１の主タンク１０側に、主タンク１０への燃料の流れを妨げる第１逆止弁１０２を設けた。また、分離器１２で分離された低オクタン価燃料が流通する第２燃料通路１２１の低オクタン価燃料タンク１７側に、低オクタン価燃料タンク１７からの燃料の流れを妨げる第２逆止弁１６４を設けた。そして、第１燃料通路１０１の第１逆止弁１０２よりも下流側と、第２燃料通路１２１の第２逆止弁１６４よりも上流側との間には、これらの通路を連結することで低オクタン価燃料が循環する循環通路１００を形成するバイパス通路１６２を設け、このバイパス通路１６２を開放又は遮断する循環制御弁１６３を設けた。
本実施形態によれば、循環制御弁１６３によりバイパス通路１６２を開放して循環通路１００を形成することで、分離器１２から主タンク１０及び低オクタン価燃料タンク１７を遮断できる。そのため、主タンク１０内に給油された混合燃料を少量ずつ分離膜１２２に供給し、分離が完了するまで燃料を主タンク１０に戻さずに、また低オクタン価燃料タンク１７に排出せずに、循環通路１００を循環させることができる。これにより、１回の分離サイクルで分離される高オクタン価燃料量及び低オクタン価燃料量が少量であるため、高オクタン価燃料バッファタンク１４、高オクタン価燃料タンク１５及び低オクタン価燃料タンク１７の容量を小さくでき、燃料分離システム１を小型化できる。
【００８３】
また、混合燃料を少量ずつ複数回に分けて分離できるため、１回の分離を短時間で完了できる。これにより、低オクタン価燃料タンク１７内の低オクタン価燃料量に応じた低オクタン価燃料の供給が可能となるため、低オクタン価燃料タンク１７の容量をより小さくでき、燃料分離システム１をより小型化できる。また、主タンク１０内の混合燃料をエンジン２の運転に使用するのを抑制できるため、従来よりも高オクタン価成分量を多く分離できる。
【００８４】
また、分離開始時に分離膜に供給される混合燃料中の高オクタン価成分濃度は一定であるため、１回の分離が完了するごとに得られる低オクタン価燃料中のオクタン価は一定である。そのため、低オクタン価燃料タンク１７内の低オクタン価燃料中のオクタン価を安定化でき、エンジン２の燃焼を安定化できる。
同様に、分離開始時に分離膜１２２に供給される混合燃料中の高オクタン価成分濃度は一定であるため、１回の分離が完了するまで高オクタン価燃料バッファタンク１４内に高オクタン価燃料を貯留しておくことで、分離完了後に、高オクタン価燃料バッファタンク１４から高オクタン価燃料タンク１５内に供給する高オクタン価燃料のオクタン価を一定にできる。従って、高オクタン価燃料タンク１５内の高オクタン価燃料のオクタン価を安定化でき、十分なノッキング抑制効果が得られる。
【００８５】
また本実施形態では、循環制御弁１６３を開弁してバイパス通路１６２を開放することで低オクタン価燃料を循環通路１００内で循環させた。また、循環する低オクタン価燃料中の高オクタン価成分濃度が所定の閾値Ｃ１以下となった場合に、循環制御弁１６３を閉弁してバイパス通路１６２を遮断することで、循環する低オクタン価燃料を低オクタン価燃料タンク１７に供給した。
本実施形態によれば、分離が完了したと判断できる高オクタン価成分濃度を予め閾値Ｃ１として設定することで、循環する低オクタン価燃料中の高オクタン価成分濃度が所定の閾値Ｃ１以下となった場合には、分離が完了したと判断できる。分離が完了したと判断できた場合には、循環通路１００を循環していた低オクタン価燃料を低オクタン価燃料タンク１７に供給することで、上述の効果がより確実に得られる。
【００８６】
また本実施形態では、エンジン２の運転状態と、低オクタン価燃料タンク１７内に貯留されている低オクタン価燃料量と、高オクタン価燃料タンク１５内に貯留されている高オクタン価燃料量と、に基づいて、循環制御弁１６３を制御した。
例えば、車両の走行による低オクタン価成分の消費が激しく、低オクタン価燃料の供給が追い付かない場合には、燃料の分離が完了する前に循環制御弁１６３を閉弁することで、循環通路１００内を循環していた燃料が低オクタン価燃料タンク１７に速やかに供給される。完全には分離しきれなかった高オクタン価成分は走行に消費されるが、従来のように分離前の混合燃料を走行に消費するよりは、高オクタン価成分の消費量が抑制される。
また、例えば走行による低オクタン価成分の消費が少なく、低オクタン価燃料タンク１７が一杯になった場合には、燃料の分離を停止する、あるいは燃料の分離を継続し、分離された低オクタン価燃料を低オクタン価燃料タンク１７に供給することで、低オクタン価燃料タンク１７からのオーバーフロー分を主タンク１０に供給する。
以上のようにして、車両の走行状況（運転状態）と、低オクタン価燃料、高オクタン価燃料の備蓄状況に応じて、燃料分離制御を行うことで、混合燃料中の高オクタン価成分を効率良く分離でき、上述の効果がより高められる。
【００８７】
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。
【符号の説明】
【００８８】
１…燃料分離システム
２…エンジン（内燃機関）
５…ＥＣＵ（制御手段，高オクタン価燃料供給手段，低オクタン価燃料供給手段）
１０…主タンク
１２…分離器
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
１７…低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）
１００…循環通路
１０１…第１燃料通路
１０２…第１逆止弁
１２１…第２燃料通路
１５１…燃料ポンプ（高オクタン価燃料供給手段）
１６２…バイパス通路
１６３…循環制御弁
１６４…第２逆止弁
１６６…高オクタン価成分濃度センサ
１７１…燃料ポンプ（低オクタン価燃料供給手段）
【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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【図１１】
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【図１２】
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