(57)【要約】【課題】分離前の混合燃料を分離に必要な温度に確実に昇温し、分離後の燃料を支障のない温度に確実に冷却する内燃機関の燃料分離システムを提供する。【解決手段】燃料分離システム１であって、混合燃料を貯留する主タンク１０と、主タンク１０から第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循環通路１００と、循環通路１００を流通する燃料とエンジン２を冷却する冷却水との間で熱交換させる熱交換器１１と、熱交換器１１を流通する冷却水の流量を制御する流量調整弁１１２と、循環通路１００を流通する燃料を冷却するラジエータ１６と、流量調整弁１１２及びラジエータ１６を制御することにより循環通路１００を流通する燃料の温度を調節するＥＣＵ５と、を備える。【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、
前記主タンクから燃料通路を介して供給された前記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循環通路と、
前記循環通路を流通する燃料と前記内燃機関を冷却する冷却媒体との間で熱交換させる熱交換器と、
前記熱交換器を流通する前記冷却媒体の流量を制御する流量調整弁と、
前記循環通路を流通する燃料を冷却する冷却手段と、
前記流量調整弁又は前記冷却手段の少なくとも１つを制御することにより前記循環通路を流通する燃料の温度を調節する温度調節手段と、を備え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】
前記温度調節手段は、前記循環通路内の複数の異なる箇所での燃料の温度に基づいて、前記循環通路を流通する燃料の温度を調節す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、じゃがいもなど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など様々な種類があり、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）。燃料分離システムは、ガソリンとアルコールとにオクタン価や発熱量など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設けられる。一例を挙げると、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の構成を示す図である。図４に示すように、従来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、混合燃料を高オクタン価燃料と低オクタン価燃料に分離する分離器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に流入することにより、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、ラジエータ１６により冷却された後、主タンク１０内に循環され、再び分離に供される。これは、混合燃料を分離膜１２２に１回透過させただけでは高オクタン価成分を完全には分離できず、複数回、分離膜１２２に透過させる必要があるためである。混合燃料を複数回、分離膜１２２に透過させて分離が完了した後、主タンク１０内の低オクタン価燃料は、低オクタン価燃料タンク１７内に供給されて貯留される。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完了していない場合には、前回の分離で得られ、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で、分離前の混合燃料の消費を回避できる。ひいては、分離可能な高オクタン価成分量を最大化できる。
【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、主タンク１０内の混合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ためには、混合燃料を熱交換器１１に供給して加熱し、加熱された混合燃料を分離膜１２２により分離し、高オクタン価燃料を凝縮・冷却するとともに、低オクタン価燃料を沸点以下に冷却する必要がある。
【００１０】
しかしながら、分離前の混合燃料を加熱するために冷却水・排気・エンジン壁面輻射などを加熱源として用いていると、エンジン２の暖機状態や低負荷運転時、主タンク１０内の燃料温度が低い場合には、加熱源における混合燃料を加熱するための熱交換量が不足する。そして、分離前の混合燃料が分離に必要な温度に昇温できず、燃料分離性能が低下する。
【００１１】
また、混合燃料を冷却するためにファン・ブロワなどにより導入された外気、走行風、又はこれらと熱交換した冷却媒体を用いるラジエータ１６のような冷却手段を用いていると、外気温度や路面温度が高温の場合に分離後の燃料を凝縮・冷却するための熱交換量が不足する。そして、分離後の燃料の凝縮性能の低下、燃料及び燃料系部品の劣化、燃料沸騰による燃料蒸気の大量発生などが引き起こされ、燃料分離性能及び安全性に支障がある。
【００１２】
本発明は上記課題を解決するためのものであり、その目的は、分離前の混合燃料を分離に必要な温度に確実に昇温し、分離後の燃料を支障のない温度に確実に冷却す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】
本発明の内燃機関の燃料分離システムは、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（例えば、後述のエンジン２）の燃料分離システム（例えば、後述の燃料分離システム１）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前記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循環通路（例えば、後述の循環通路１００）と、前記循環通路を流通する燃料と前記内燃機関を冷却する冷却媒体（例えば、後述の冷却水）との間で熱交換させる熱交換器（例えば、後述の熱交換器１１）と、前記熱交換器を流通する前記冷却媒体の流量を制御する流量調整弁（例えば、後述の流量調整弁１１２）と、前記循環通路を流通する燃料を冷却する冷却手段（例えば、後述のラジエータ１６）と、前記流量調整弁又は前記冷却手段の少なくとも１つを制御することにより前記循環通路を流通する燃料の温度を調節する温度調節手段（例えば、後述のＥＣＵ５）と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明によると、温度調節手段は、冷却手段又は流量調整弁の少なくとも１つを制御することにより循環通路を流通する燃料の温度を調節する。即ち、循環通路を流通する燃料を流量調整弁の制御により温度を調節できる熱交換器に供給して加熱する。そして、循環通路を流通する加熱された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。その後、循環通路を流通する分離された燃料を制御されて温度を調整できる冷却手段により冷却する。
ここで、循環通路を流通する燃料量が主タンクに満タンに貯留された燃料量の一部であると、循環通路を流通する燃料のヒートマスが小さく、循環通路を流通する燃料の温度応答性が良好となる。このため、温度調節手段は、循環通路を流通する燃料の温度を効率的に応答性良く調節できる。
したがって、分離前の燃料を分離に必要な温度に確実に昇温することができ、分離後の燃料を支障のない温度に確実に冷却することができる。
【００１５】
前記温度調節手段は、前記循環通路内の複数の異なる箇所での燃料の温度に基づいて、前記循環通路を流通する燃料の温度を調節することが好ましい。
【００１６】
循環通路内には、熱交換器及び冷却手段が配置される。このため、循環通路を流通する燃料の温度は熱交換器の下流側で上昇し冷却手段の下流側で低下し循環通路内で一定ではない。本発明によると、温度調節手段は、循環通路内の複数の異なる箇所での燃料の温度に基づいて、循環通路を流通する燃料の温度を調節する。よって、温度調節手段は、循環通路を流通する燃料の温度を的確に把握できる。このため、温度調節手段は、循環通路を流通する燃料の温度をより効率的に応答性良く調節できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、分離前の混合燃料を分離に必要な温度に確実に昇温し、分離後の燃料を支障のない温度に確実に冷却する内燃機関の燃料分離システムを提供することができる。
【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エンジンの燃料分離システムの回路を示す図である。
【図３】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４】従来技術のエンジンの燃料分離システムの構成を示す図である。
【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。図２は、本実施形態に係るエンジン２の燃料分離システム１の回路を示す図である。
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、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。
【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。
【００２２】
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、高圧燃料ポンプ１０３が設けられる。この高圧燃料ポンプ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、燃料の温度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、高圧燃料ポンプ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て分離膜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の冷却水を流す冷却水通路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、冷却水の温度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、燃料の温度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に設けられた高圧燃料ポンプ１０３により高圧に保たれる。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、負圧ポンプ１４１が駆動されること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、この圧力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。このようにして、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。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、負圧ポンプ１４１が駆動されて凝縮器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など、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。
【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など、何らかの燃料輸送手段を備え、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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。燃圧レギュレータ１６５はＥＣＵ５により制御され、これにより、第２燃料通路１２１内を流れる燃料の燃圧が調整される。
【００３６】
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と高圧燃料ポンプ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など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、高オクタン価成分濃度に応じた検出信号をＥＣＵ５に出力する。
【００３７】
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により低オクタン価燃料が循環する循環通路１００が形成される。これにより、熱交換器１１により加熱された混合燃料や、ラジエータ１６により冷却された低オクタン価燃料が、高圧燃料ポンプ１０３が駆動されることにより循環通路１００内を循環する。ここで、循環通路１００内を循環する燃料量は、主タンク１０に満タンに貯留される燃料量に比して少量である。
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、ラジエータ１６により冷却された低オクタン価燃料は、第２燃料通路１２１を介して後述する低オクタン価燃料タンク１７内に供給される。同時に、主タンク１０の混合燃料が、第１燃料通路１０１に供給される。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
キャニスタ１８は、活性炭などの吸着剤を内蔵し、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内はエンジン運転時に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などの空気成分は、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などを浄化する。
【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など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などを把握するため、上述した各種のセンサなどが接続される。また、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などを制御するため、上述した各種の弁、ポンプ、ファンなどが接続される。
【００４７】
次に、本実施形態に係る燃料分離システム１の燃料分離制御について説明する。図３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、ＥＣＵ５により、車両のイグニッションスイッチがＯＮされた後、所定の周期で繰り返し実行される。
【００４８】
ステップＳ１では、循環制御弁１６３を開弁するとともに、高圧燃料ポンプ１０３の運転を開始する。循環制御弁１６３を開弁することでバイパス通路１６２が開放されて循環通路１００が形成され、高圧燃料ポンプ１０３の運転により主タンク１０に満タンに貯留された量に比して少量の燃料が循環通路１００内を循環する。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。ここで、主タンク１０に給油された場合に処理回数ｎを０に設定する。
【００４９】
ステップＳ２では、高オクタン価成分濃度センサ１６６で検出する循環通路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ＣＬ以上であるか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合には、今回の燃料分離が完了したものと判断し、ステップＳ３に移って燃料分離制御終了判定をしてルーチンを終了する。この判別がＮＯの場合には、ステップＳ４に移る。
【００５０】
ステップＳ４では、循環通路１００内を循環する燃料温度が分離に適した高温になるように調節制御を実施する。燃料温度の調節制御は、ＥＣＵ５により、冷却水の流量を制御する流量調整弁１１２を制御して熱交換器１１によって燃料を昇温したり、ラジエータ１６の冷却ファン１６１を制御してラジエータ１６によって燃料を冷却したりする。燃料温度の調節制御方法は、第１温度センサ１０４が検出した検出温度及び水温センサ１１３が検出した検出水温を初期値とし、第２温度センサ１２６が検出する検出温度を目標温度Ｔ１に到達するように、流量調整弁１１２及び冷却ファン１６１をＰＩＤ制御する。例えば、循環通路１００内を循環する燃料が入替当初であり、燃料温度が目標温度Ｔ１の温度よりも大きく低温の場合には、ＥＣＵ５は、流量調整弁１１２を全開にして熱交換器１１の発熱量を最大にするとともに冷却ファン１６１を停止させてラジエータ１６の吸熱量を最小に制御する。そして、燃料温度が目標温度Ｔ１の温度近辺の場合には、ＥＣＵ５は、流量調整弁１１２の開弁量及び冷却ファン１６１の回転数を微調整して燃料温度が目標温度Ｔ１に収束するように制御する。上記のように第１温度センサ１０４が検出する検出温度としての主タンク１０から供給された燃料の温度は、入替時にのみ検出すればよい。また、目標温度Ｔ１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温度が低過ぎて燃料の分離に効率的でなくならず且つ上限以下となる値に設定される。ここで、循環通路１００内を循環して温度調節される燃料は、主タンク１０に満タンに貯留された量に比して少量であるため、分離に適した高温になり易く温度応答性がよい。ステップＳ４の処理が終了すると、ステップＳ５に移る。
【００５１】
ステップＳ５では、第２温度センサ１２６が検出する検出温度（循環通路１００を循環する燃料の温度）が所定温度Ｔ２以上であるか否かを判別する。所定温度Ｔ２は、予め実験を行うことにより求められ、目標温度Ｔ１に比して低温であり、総分離時間短縮のために分離を開始するべき温度である。
この判別がＮＯの場合には、循環通路１００内を循環する燃料温度が燃料の分離に未だ好ましくないと判断し、ステップＳ４に戻る。この判別がＹＥＳの場合には、循環通路１００内を循環する燃料温度が燃料の分離に好ましいと判断し、ステップＳ６に移る。
【００５２】
ステップＳ６では、本ルーチンの１回目の処理のとき及びステップＳ８のｎ回目燃料分離制御終了判定の後の処理のときに、燃料分離制御開始判定をし、処理回数ｎをｎ＋１とするとともに、負圧ポンプ１４１の運転を開始する。負圧ポンプ１４１の運転により分離器１２の低圧室１２４が負圧にされ、循環通路１００を循環する燃料が分離器１２で分離開始される。なお、本ルーチンの１回目の処理のとき及びステップＳ８のｎ回目燃料分離制御終了判定の後の処理のとき以外では、燃料分離制御開始判定及び処理回数ｎをｎ＋１とすることを実施せず、負圧ポンプ１４１の運転を継続する。ステップＳ６の処理が終了すると、ステップＳ７に移る。
【００５３】
ステップＳ７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ＣＬ以上であるか否かを判別する。この判別がＮＯの場合には、今回の燃料分離が完了したものと判断し、ステップＳ８に移ってｎ回目燃料分離制御終了判定をしてステップＳ９に移る。この判別がＹＥＳの場合には、循環通路１００を循環する燃料の分離中であるとしてステップＳ４に戻る。
【００５４】
ステップＳ９では、第２温度センサ１２６が検出する検出温度（循環通路１００を循環する燃料の温度）が所定温度Ｔ３以上であるか否かを判別する。所定温度Ｔ３は、予め実験を行うことにより求められ、所定温度Ｔ２に比して低温であり、循環通路１００内を循環する燃料の温度の沸点以下となる値に設定される。循環通路１００内での燃料の循環中は、熱交換器１１の下流にラジエータ１６が配置されるため、ラジエータ出口温度が熱交換器出口温度よりも低下することが必然であるため、従来設けられていたラジエータ出口の温度センサを省略し、第２温度センサ１２６の検出温度を用いている。
この判別がＹＥＳの場合には、循環通路１００内を循環する燃料温度の冷却制御が必要と判断し、ステップＳ１０に移って燃料温度の冷却制御を開始する。この判別がＮＯの場合には、循環通路１００内を循環する燃料温度の冷却制御が不要と判断し、ステップＳ１１に移る。ここで、ステップＳ１１に移る際、後述するステップＳ１０の冷却制御を停止させる。
【００５５】
ステップＳ１０では、循環通路１００内を循環する燃料温度が循環通路１００から排出するのに適した低温になるように冷却制御を実施する。燃料温度の冷却制御は、ＥＣＵ５により、冷却水の流量を制御する流量調整弁１１２を制御して熱交換器１１による燃料の昇温を停止し、ラジエータ１６の冷却ファン１６１を制御してラジエータ１６によって燃料を冷却する。燃料温度の冷却制御方法としては、ＥＣＵ５は、流量調整弁１１２を全閉して熱交換器１１の発熱量を最小にするとともに冷却ファン１６１の回転数が最大の最大風量にしてラジエータ１６の吸熱量を最大に制御する。これにより、循環通路１００内を循環して温度調節される燃料は、主タンク１０に満タンに貯留された量に比して少量であるため、分離に適した低温になり易く燃料温度を素早く冷却することができる。ステップＳ１０の処理が終了すると、ステップＳ９に戻る。
【００５６】
ステップＳ１１では、入替開始を判定し、循環制御弁１６３を閉弁してバイパス通路１６２を遮断するとともに、負圧ポンプ１４１の運転を停止する。負圧ポンプ１４１の運転停止により分離器１２が作動停止する。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、高圧燃料ポンプ１０３の運転が継続されることで、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へ混合燃料が供給される。ステップＳ１１の処理が終了すると、ステップＳ１２に移る。
【００５７】
ステップＳ１２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内の混合燃料が、循環通路１００内を循環していた低オクタン価燃料と入れ替わ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Ｓ１３に移って入替え・分離完了を判定し、一旦高圧燃料ポンプ１０３の運転を停止し、ステップＳ１に移る。この判別が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Ｓ１２に戻る。
【００５８】
以上の動作を繰り返すことで、燃料が少量ずつ分離され、高オクタン価燃料及び低オクタン価燃料が短時間で少量ずつ生成される。
また、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オクタン価は、循環通路１００内を燃料が循環するのに応じて経時で変動する。一方、分離サイクルごとの分離完了時におけ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のオクタン価は、常に安定している。したがって、安定したオクタン価の高オクタン価燃料が高オクタン価燃料タンク１５に供給されるため、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が安定化する。ひいては、エンジン２の吸気ポート３０内に噴射される高オクタン価燃料のオクタン価も安定化する。
【００５９】
なお、走行による低オクタン価成分量の消費が激しく、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、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つつ、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。
【００６０】
これにより、走行状況及び低オクタン価燃料、高オクタン価燃料の備蓄状況に応じて、上記動作を行うことで、混合燃料中の高オクタン価成分を効率良く分離できる。また、エンジン２に供給する高オクタン価燃料及び低オクタン価燃料のオクタン価を安定化でき、低オクタン価燃料タンク１７、高オクタン価燃料バッファタンク１４及び高オクタン価燃料タンク１５の容量を小さくでき、システムを小型化できる。
【００６１】
本実施形態によれば、以下の効果が奏される。
【００６２】
本実施形態によると、ＥＣＵ５は、ラジエータ１６の冷却ファン１６１及び流量調整弁１１２を制御することにより循環通路１００を流通する燃料の温度を調節する。即ち、循環通路１００を流通する燃料を循環させて流量調整弁１１２の制御により温度を調節できる熱交換器１１に供給して加熱する。そして、循環通路１００を流通する加熱された燃料を循環させて高オクタン価燃料と低オクタン価燃料とに分離する。その後、循環通路１００を流通する分離された燃料を循環させて制御されて温度を調整できるラジエータ１６により冷却する。
ここで、循環通路１００を流通する燃料量が主タンク１０に満タンに貯留された燃料量の一部（少量）であるため、循環通路１００を流通する燃料のヒートマスが小さく、循環通路１００を流通する燃料の温度応答性が良好となる。このため、ＥＣＵ５は、循環通路１００を流通する燃料の温度を循環させることにより効率的に応答性良く調節できる。
したがって、分離前の燃料を分離に必要な温度に短時間で確実に昇温することができ、分離後の燃料を支障のない温度に短時間で確実に冷却することができる。また、分離時も分離効率がよい。
【００６３】
循環通路１００内には、熱交換器１１及びラジエータ１６が配置される。このため、循環通路１００を流通する燃料の温度は熱交換器１１の下流側で上昇しラジエータ１６の下流側で低下し循環通路１００内で一定ではない。本実施形態によると、ＥＣＵ５は、循環通路１００内の複数の異なる箇所での燃料の温度に基づいて、循環通路１００を流通する燃料の温度を調節する。よって、ＥＣＵ５は、循環通路１００を流通する燃料の温度を的確に把握できる。このため、ＥＣＵ５は、循環通路１００を流通する燃料の温度をより効率的に応答性良く調節できる。
【００６４】
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、改良など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などでもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１…燃料分離システム
２…エンジン
５…ＥＣＵ（温度調節手段）
１０…主タンク
１１…熱交換器
１６…ラジエータ（冷却手段）
１００…循環通路
１０１…第１燃料通路（燃料通路）
１１２…流量調整弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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