(57)【要約】分子量と沸点が互いにほぼ比例関係にある異なる燃料種の集合物である炭化水素燃料に対して、前記異なる燃料種のうち相対的に大きな分子量を持つ燃料種に比べ小さな分子量を持つとともに分子量が略同等の燃料種に比べて沸点が相対的に高い液状の高沸点物質が混入した混合燃料に振動エネルギーを与え、高沸点物質と、高沸点物質の分子量以下の燃料種である軽質燃料とを霧化する霧化装置と、霧化した軽質燃料と高沸点物質との混じったガスから高沸点物質のみを分離する高沸点物質分離装置とを備える。これにより、燃料を気化させるための大きな気化熱を与えることなく、沸点の低い燃料種やアルコールをアルコール混入ガソリンから分離することができる。
2010101293.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分子量と沸点が互いにほぼ比例関係にある異なる燃料種の集合物である炭化水素燃料に対して、前記異なる燃料種のうち相対的に大きな分子量を持つ燃料種に比べ小さな分子量を持つとともに分子量が略同等の燃料種に比べて沸点が相対的に高い液状の高沸点物質が混入した混合燃料に振動エネルギーを与え、前記高沸点物質と、高沸点物質の分子量以下の燃料種である軽質燃料とを霧化する霧化装置と、
霧化した軽質燃料と高沸点物質との混じったガスから高沸点物質のみを分離する高沸点物質分離装置と
を備えることを特徴とする燃料分離装置。
【請求項２】
前記霧化装置は、
高沸点物質の分子量を超える燃料種である重質燃料をも霧化する燃料噴射弁と、
前記燃料噴射弁からの燃料噴霧を受け、燃料噴霧の分子量の大きさによって軽質燃料と高沸点物質とを分級する分級装置と
を含み、
軽質燃料と高沸点物質とが分級された後に残る燃料を貯留する第１タンクを備えることを特徴とする請求項１に記載の燃料分離装置。
【請求項３】
前記炭化水素燃料はガソリン、前記高沸点物質はメタノール、エタノールまたは水であり、
前記分級装置は高沸点物質及び前記軽質燃料を高沸点物質分離装置に供給するポンプを含むことを特徴とする請求項２に記載の燃料分離装置。
【請求項４】
前記高沸点物質分離装置は、供給された高沸点物質及び軽質燃料の混じったガスを加圧容器に導いて加圧することにより、高沸点物質を液状にして分離し第２タンクに貯留することを特徴とする請求項３に記載の燃料分離装置。
【請求項５】
前記混合燃料を貯留する第１タンク内に前記霧化装置としての超音波振動子を備え、
前記炭化水素燃料はガソリン、前記高沸点物質はメタノール、エタノールまたは水であり、この高沸点物質と前記軽質燃料とが霧化するように、超音波振動子の発生する超音波の出力及び超音波の振幅を定めることを特徴とする請求項１に記載の燃料分離装置。
【請求項６】
前記高沸点物質分離装置は冷却装置であり、前記霧化した軽質燃料と高沸点物質との混じったガスをこの冷却装置を用いて高沸点物質の沸点以下に冷却することにより、高沸点物質を液状にして分離し第２タンクに貯留することを特徴とする請求項１または５に記載の燃料分離装置。
【請求項７】
前記高沸点物質が分離されて残ったガスから凝縮手段を用いて前記軽質燃料を液化し第３タンクに貯溜することを特徴とする請求項４または６に記載の燃料分離装置。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか一つに記載された燃料分離装置を備えるエンジンであって、
前記相対的に大きな分子量を持つ燃料種である重質燃料と、前記分離された高沸点物質と、前記高沸点物質が分離された後の軽質燃料とのいずれかの燃料を任意に選択し得る燃料選択手段と、
運転条件に応じていずれの燃料を選択するのかを前記燃料選択手段に指令する指令手段と、
この指令に応じて燃料選択手段により選択されたいずれかの燃料をエンジンに供給する燃料供給手段と
を備えることを特徴とするエンジン。
【請求項９】
請求項７に記載された燃料分離装置を備えるエンジンであって、
前記エンジンの運転条件が低温始動時である場合に前記第３タンクに貯留されている軽質燃料を選択し、
前記エンジンの運転条件が中負荷域である場合に前記第１タンクに貯留されているガソリンを選択し、
前記エンジンの運転条件が高負荷域である場合に前記第２タンクに貯留されているアルコールを選択し、
選択されたいずれかの燃料を前記エンジンに供給する燃料供給手段を備えることを特徴とするエンジン。
【請求項１０】
請求項４または６に記載された燃料分離装置を備えるエンジンであって、
前記第２タンクに貯留されているアルコールを燃料改質装置を用いてオクタン価の低い低オクタン価燃料と水素ガスとに変換すると共に、
２つの燃料を選択し得る第２燃料選択手段と、
低負荷域である場合に前記低オクタン価燃料及び前記水素ガスの２つの燃料を選択することを前記第２燃料選択手段に指令する第２指令手段と、
第２燃料選択手段により選択された低オクタン価燃料をエンジンに供給する液体燃料用の燃料噴射弁と、
第２燃料選択手段により選択された水素ガスをエンジンに供給する気体燃料用の燃料噴射弁と
を備えることを特徴とするエンジン。
【請求項１１】
請求項２または５に記載された燃料分離装置を備えるエンジンであって、
前記混合燃料のアルコール混入率が相対的に高い場合に前記第１タンクに貯留されている燃料を燃料改質装置を用いて水素ガスを含む燃料に変換することを特徴とするエンジン。
【請求項１２】
請求項２または５に記載された燃料分離装置を備えるエンジンであって、
前記混合燃料のアルコール混入率が相対的に低い場合に前記第２タンクに貯留されているアルコールを、また前記混合燃料のアルコール混入率が相対的に高い場合に前記第１タンクに貯留されている燃料をそれぞれ燃料改質装置を用いて水素ガスを含む燃料に変換することを特徴とするエンジン。
【請求項１３】
前記混合燃料のアルコール混入率が相対的に高い場合に前記第１タンクに貯留されている燃料を、前記エンジンの運転条件が高負荷である場合に選択することを特徴とする請求項９に記載のエンジン。
【請求項１４】
請求項６に記載された燃料分理想地を備えるエンジンであって、
前記アルコール混入率が相対的に高くて前記超音波振動子によりアルコールが霧化されない場合に前記高沸点物質分離装置の作動を停止することを特徴とするエンジン。
【請求項１５】
請求項６に記載された燃料分離装置を備えるエンジンの搭載される車両であって、
車両の走行履歴を記憶させ、その記憶させた走行履歴に基づいて高負荷運転の頻度が少ないときに、前記冷却装置の作動を制限することを特徴とするエンジン搭載車両。
【請求項１６】
請求項６に記載された燃料分離装置を備えるエンジンであって、
エンジンの停止時にも前記超音波振動子及び前記高沸点物質分離装置を作動させておくことを特徴とするエンジン。
【請求項１７】
請求項６に記載された燃料分離装置を備えるエンジンの搭載され、かつプラグからの充電機能を持つプラグインハイブリッド車両であって、
充電時に前記超音波振動子及び前記高沸点物質分離装置を作動させておくことを特徴とするエンジン搭載車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料分離装置、燃料分離装置を用いたエンジン及びエンジン搭載車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
液状の石油を超音波振動させ、超音波の振動エネルギーで気中に霧状微粒子として放出させ、この霧状微粒子から炭化水素混合物を回収することにより、回収される石油と、霧化しなかった残存石油とに分離する技術が、ＪＰ２００６−７７２２５Ａに開示されている。
【発明の概要】
【０００３】
ところで、エタノールを混入したガソリンが給油されても、走行可能な車両の開発が進められている。この場合に問題となるのは、どんな混入率のエタノール混入ガソリンが給油されるのか予め知り得ないことである。従って、混入率が最大のエタノール混入ガソリンが給油されてもエンジンが始動可能であり走行可能となるようにする必要がある。
エタノールはガソリンよりも沸点が高いので、エタノールのみの場合、エンジンが始動し得ないという問題がある。このため、別に小量の始動用ガソリンを積んでいるものがあるほどである。つまり、エタノール混入ガソリンを用いるエンジンにおいては、低温始動性を向上させることが課題となっている。そこで考えられるのは、ガソリンは分子量の異なる燃料種の集合物である炭化水素燃料であるので、ガソリンが含まれている限り、分子量の小さな燃料種、つまり沸点の低い燃料種が存在する。従って、ガソリンから沸点の低い燃料種を取り出すことができれば、その取り出した沸点の低い燃料種を用いることで、冷間始動時でも良好に始動させることが可能となる。
分子量の異なる燃料種の集合物である炭化水素燃料から分子量の小さな燃料種を取り出す一般的方法は蒸留特性の違いを利用するものである。しかしながら、蒸留するには燃料を加熱して気化しなければならず、気化させるには大量の熱エネルギーが必要となるため、車載用エンジンとしては現実的でない。
本発明の目的は、上記特許文献１の技術をアルコール混入ガソリン（あるいはアルコール混入軽油）に応用し、燃料を気化させるための大きな気化熱を与えることなく、沸点の低い燃料種やアルコールをアルコール混入ガソリンから分離可能な装置を提供し、及び分離した沸点の低い燃料種やアルコールを運転条件に応じて使い分けるようにしたエンジンを提供することである。
この目的を達成するために、本発明による燃料分離装置は、分子量と沸点が互いにほぼ比例関係にある異なる燃料種の集合物である炭化水素燃料に対して、前記異なる燃料種のうち相対的に大きな分子量を持つ燃料種に比べ小さな分子量を持つとともに分子量が略同等の燃料種に比べて沸点が相対的に高い液状の高沸点物質が混入した混合燃料に例えば超音波のような振動エネルギーを与え、高沸点物質と、高沸点物質の分子量以下の燃料種である軽質燃料とを霧化する霧化装置と、霧化した軽質燃料と高沸点物質との混じったガスから高沸点物質のみを分離する高沸点物質分離装置とを備える。
この発明の詳細は、他の特徴及び利点と同様に、明細書の以降の記載の中で説明されるとともに、添付された図面に示される。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
ＦＩＧ．１は、ガソリンのみの場合の本発明の第１実施形態の燃料分離装置及び当該燃料分離装置を用いたエンジンの概略構成図である。
ＦＩＧ．２は、混入率が小さなアルコール混入ガソリンの場合の本発明の第１実施形態の燃料分離装置及び当該燃料分離装置を用いたエンジンの概略構成図である。
ＦＩＧ．３は、混入率が大きなアルコール混入ガソリンの場合の本発明の第１実施形態の燃料分離装置及び当該燃料分離装置を用いたエンジンの概略構成図である。
ＦＩＧ．４は、第１実施形態のエンジンの概略図である。
ＦＩＧ．５は、ガソリン及び高沸点物質の分子量と沸点に対する特性図である。
ＦＩＧ．６は、ガソリンのみの場合の第２実施形態の燃料分離装置及び当該燃料分離装置を用いたエンジンの概略構成図である。
ＦＩＧ．７は、混入率が小さなアルコール混入ガソリンの場合の第２実施形態の燃料分離装置及び当該燃料分離装置を用いたエンジンの概略構成図である。
ＦＩＧ．８は、混入率が大きなアルコール混入ガソリンの場合の第２実施形態の燃料分離装置及び当該燃料分離装置を用いたエンジンの概略構成図である。
ＦＩＧ．９は、第２実施形態のエンジンの概略図である。
ＦＩＧ．１０は、第２実施形態の運転領域図である。
ＦＩＧ．１１は、ガソリンのみの場合の第３実施形態の燃料分離装置及び当該燃料分離装置を用いたエンジンの概略構成図である。
ＦＩＧ．１２は、混入率が小さなアルコール混入ガソリンの場合の第３実施形態の燃料分離装置及び当該燃料分離装置を用いたエンジンの概略構成図である。
ＦＩＧ．１３は、混入率が大きなアルコール混入ガソリンの場合の第３実施形態の燃料分離装置及び当該燃料分離装置を用いたエンジンの概略構成図である。
ＦＩＧ．１４は、ガソリンのみの場合の第４実施形態の燃料分離装置及び当該燃料分離装置を用いたエンジンの概略構成図である。
ＦＩＧ．１５は、混入率が小さなアルコール混入ガソリンの場合の第４実施形態の燃料分離装置及び当該燃料分離装置を用いたエンジンの概略構成図である。
ＦＩＧ．１６は、混入率が大きなアルコール混入ガソリンの場合の第４実施形態の燃料分離装置及び当該燃料分離装置を用いたエンジンの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
以下では図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
（第１実施形態）
ＦＩＧ．１〜ＦＩＧ．３は本発明の第１実施形態の燃料分離装置及び当該燃料分離装置を用いたエンジンの概略構成図、ＦＩＧ．４は第１実施形態のエンジンの概略構成図である。ＦＩＧ．１〜ＦＩＧ．３の違いはアルコール混入率の相違にある。すなわち、ＦＩＧ．１はアルコールが混入されていないガソリンのみの場合を、ＦＩＧ．２は混入率の小さな（アルコール混入率が相対的に小さな）アルコール混入ガソリンの場合を、ＦＩＧ．３は混入率の大きい（アルコール混入率が相対的に大きな）アルコール混入ガソリンの場合を示している。
ＦＩＧ．４に示したように、エンジン１は火花点火エンジンである。すなわち、燃料噴射弁２から吸気ポート３に向けて所定の時期に噴射された燃料は、空気に運ばれて燃焼室４内に供給され、燃焼室４内で混合気を形成する。この混合気に所定の時期に点火プラグ５により着火して燃焼させる。燃焼するガスはピストン５を押し下げる仕事を行い、燃焼後のガスは排気ポート６より排出される。
燃料タンク内１１のガソリンは、供給ポンプ１２により、第１タンク１３に圧送され、第１タンク１３ではガソリンを貯留する。
第１タンク内１３には所定の液面レベルまでガソリンが満たされるように供給ポンプ１２の駆動が制御される。この液面レベルより下、つまり液中に超音波波振動子１４（霧化装置）を備える。超音波振動子１４は分子数の異なる燃料種の集合物であるガソリンの中から分子量が小さな燃料種やエタノール、メタノール、水などの高沸点物質を霧化することができる。
ＦＩＧ．５はガソリン及び高沸点物質についての特性図である。ガソリンを構成する各種の燃料種の分子量と沸点との間には強い相関があることがわかる。すなわち、燃料種の分子量が大きくなるほど沸点が高くなっていて、分子量を沸点が互いにほぼ比例関係にある異なる燃料種の集合物である炭化水素燃料の一例である。一方、メタノールやエタノールといったアルコールは、異なる燃料種のうち相対的に大きな分子量を持つ燃料種に比べ小さな分子量を持つとともに、分子量が略同等の燃料種に比べて沸点が相対的に高く、ガソリンの燃料種とは外れたところに位置している。このため、アルコールの分子量と同等の燃料種及びアルコールの分子量以下の燃料種（このアルコールの分子量と同等の燃料種及びアルコールの分子量以下の燃料種を、以下「軽質燃料」という。）とが霧化するように超音波振動子１４に与える出力、超音波振動子１４の振幅を定めることで、アルコール及び軽質燃料を霧化することができる。以下ではアルコールがエタノールの場合で説明する。
霧化したアルコール及び軽質燃料は燃料分離装置１５によってアルコールと軽質燃料とに分離される。すなわち、燃料分離装置１５は、主に冷却装置１７（高沸点物質分離装置）、第２タンク１８、ポンプ１９（凝縮手段）、第３タンク２０からなっている。
霧化した軽質燃料とアルコールとの混じったガスを配管１６を介して冷却装置１７に導いて冷却する。冷却装置１７は気体状のアルコールを液化するためのものである。すなわち、アルコールの沸点は７０℃〜８０℃であるので、冷媒温度をこのアルコールの沸点より低い温度（例えば５０℃程度）とすることで、アルコールと軽質燃料との混合ガスのうちからアルコールのみが凝縮して液化する。冷却により液化したアルコールは第２タンク１８に貯留する。このとき、冷却装置１７ではなく、加圧して凝縮させても同じ効果が得られる。
液化しなかった軽質燃料はポンプ１９により第３タンク２０に圧送する。さらにポンプ１９により第３タンク２０内を所定の圧力まで高めて気体状の軽質燃料を凝縮し液化させる。気体状の軽質燃料を液化させる理由は、燃料噴射弁２には液状の燃料を供給することを前提としているので、軽質燃料を気体状のまま燃料噴射弁２に供給することはできないためである。従って、第３タンク２０内を所定の圧力まで高めても凝縮して液化しない軽質燃料はリターン配管２２を介して第１タンク１３に戻す。リターン配管２２には逆止弁２３を設けておく。
この結果、ガソリンのみの場合には、ＦＩＧ．１に示したように、第２タンク１８内は空で、第３タンク２０に液状の軽質燃料が貯留される。混入率の小さなアルコール混入ガソリンの場合には、ＦＩＧ．２に示したように、第２タンク１８に液状のアルコールが、第３タンク２０に液状の軽質燃料が貯留される。
一方、混入率の大きなアルコール混入ガソリンの場合には、ＦＩＧ．３に示したように、ガソリンのみの場合と同じに第２タンク１８は空となる。これは、アルコールの性質による。すなわち、混入率の小さなアルコール混入ガソリンの場合にはアルコールはガソリン中に分子の状態で散らばって存在し、超音波振動により霧化するのであるが、アルコールの混入率が大きくなってゆくと、アルコール分子が過密状態となり、やがてアルコール分子とアルコール分子とがくっついてあるいはからみついて、いわゆるクラスターを形成する状態へと至る。そして、アルコールがクラスター状態になると、クラスター全体の分子量が大きくなり超音波振動によっては霧化しなくなるのである。このように、混入率の大きなアルコール混入ガソリンとしては、アルコールがクラスター状態になるほどの混入率であるアルコール混入ガソリンを考えている。アルコールがクラスター状態になる最低の混入率（この最低の混入率を「クラスター発生混入率」という。）は予め求めておく。さらに述べると、アルコール混入率がクラスター発生混入率以上であるアルコール混入ガソリンは、一部にガソリンが含まれているものの、全体としてアルコールのみの燃料に近いものとなる。すなわち、第１のタンク１３内はクラスター化してアルコールのみまたはさらに高いアルコール混入率となる。
このように、ガソリンのみの場合には元の燃料と軽質燃料とに、混入率の小さなアルコール混入ガソリンの場合には元の燃料とアルコールと軽質燃料とに、混入率の大きなアルコール混入ガソリンの場合には元の燃料と軽質燃料とに分離される。こうして分離した燃料を運転条件に応じて使い分けるため燃料選択手段２５を備える。
エンジンコントローラ３１では、燃料供給ポンプ１２、超音波振動子１４、冷却装置１７、ポンプ１９を駆動して上記のように燃料分離を行わせる。また、エンジンコントローラ３１ではエンジン負荷センサ３２により検出されるエンジン負荷、エンジン回転速度センサ３３により検出されるエンジン回転速度、水温センサ３４により検出される水温に基づいて冷間始動時にあるのか、始動終了後の低負荷域にあるのか、それとも中高負荷域にあるのかといった運転条件を検出すると共に、アルコール混入率センサ３５により検出されるアルコール混入率（＝アルコール濃度）に基づいて、ガソリンのみの場合、混入率の小さなアルコール混入ガソリンの場合、混入率の大きなアルコール混入ガソリンの場合のいずれの場合であるのかを判定し、これら運転条件と判定結果とに基づいて、燃料選択手段２５を介しいずれかの燃料を選択させる。
具体的には、アルコール混入率センサ３５により検出されるアルコール混入率がゼロ、つまりガソリンのみの場合であると判定される場合には、元の燃料であるガソリンと、低沸点成分の軽質燃料とに分離されるため、燃料選択手段２５に指令して低温始動時に軽質燃料を、始動後の通常運転時に元の燃料を燃料噴射弁２（燃料供給手段）に供給する。
アルコール混入率が上記のクラスター発生混入率未満、つまり混入率の小さなアルコール混入ガソリンであると判定される場合には、元の燃料と、アルコールと、軽質燃料との３つの燃料に分離されるため、燃料選択手段２５に指令して低温始動時に軽質燃料を、高負荷域でエタノールを、それ以外の運転域（低中負荷域）で元の燃料を燃料噴射弁２に供給する。高負荷域でエタノールを供給するのは、エタノールは沸点が高い、つまり高オクタン価燃料のように働くため、ガソリンの場合より点火時期を進角させることが可能となり高出力化できるためである。
アルコール混入率が上記のクラスター発生混入率以上、つまり混入率の大きなアルコール混入ガソリンであると判定される場合には、元の燃料と、低沸点成分の軽質燃料とに分離される。この場合、元の燃料自体はアルコールのみの燃料に近いものとなっている。このため、燃料選択手段２５に指令して低温始動時に軽質燃料を、始動後の通常運転時に元の燃料を燃料噴射弁２に供給する。すなわち、混合燃料のアルコール混入率が相対的に高い場合に、第１タンク１３に貯留されている燃料が、エンジンの運転条件が高負荷域である場合に選択される。
ここで、本実施形態の作用効果を説明する。まず、超音波振動子１４、冷却装置１７（高沸点物質分離装置）からなる燃料分離装置の作用効果を先に説明し、その後に当該燃料分離装置を用いたエンジンの作用効果を説明する。
まず、燃料分離装置の作用効果は次の通りである。
本実施形態によれば、ガソリン（分子量と沸点が互いにほぼ比例関係にある異なる燃料種の集合物である炭化水素燃料）に対して、アルコール（前記異なる燃料種のうち相対的に大きな分子量を持つ燃料種に比べ小さな分子量を持つとともに分子量が略同等の燃料種に比べて沸点が相対的に高い液状の高沸点物質）が混入したアルコール混入ガソリン（混合燃料）に振動エネルギーを与え、アルコールと、軽質燃料（アルコールの分子量と同等の燃料種及びアルコールの分子量以下の燃料種）とを霧化する霧化装置（１４）と、霧化した軽質燃料とアルコールとの混じったガスからアルコールのみを分離する冷却装置１７（高沸点物質分離装置）とを備えるので、燃料を気化させるための大きな気化熱を与えることなく、ガソリンから軽質燃料とアルコールを分離させることができる。
本実施形態によれば、アルコール混入ガソリン（混合燃料）を貯留する第１タンク１３内に霧化装置としての超音波振動子１４を備え、炭化水素燃料はガソリン、高沸点物質はエタノールであり、エタノールと軽質燃料とが霧化するように、超音波振動子１４の発生する超音波の出力及び超音波の振幅を定めるので、燃料を気化させるための大きな気化熱を与えることなく、ガソリンから軽質燃料とエタノールを分離させることができる。
アルコールを気体状で扱うには大きな容積が必要となり扱いにくいのであるが、本実施形態によれば、高沸点物質分離装置は冷却装置１７であり、霧化した軽質燃料とアルコールとの混じったガスをこの冷却装置１７を用いてアルコールの沸点以下に冷却することにより、アルコールを液状にして分離し第２タンク１８に貯留するので、アルコールを扱いやすいものとすることができる。
軽質燃料を気体状で扱うには大きな容積が必要となり扱いにくいのであるが、本実施形態によれば、アルコールが分離されて残ったガスからポンプ１９（凝縮手段）を用いて軽質燃料を液化し第３タンク２０に貯溜するので、軽質燃料を扱いやすいものとすることができる。
次に、当該燃料分離装置を用いたエンジンの作用効果は次の通りである。
本実施形態によれば、前述した燃料分離装置を備えるエンジンであって、霧化しないで残存するアルコール混入ガソリンと、分離されたアルコールと、アルコールが分離された後の軽質燃料とのいずれかの燃料を任意に選択し得る燃料選択手段２５と、運転条件に応じていずれの燃料を選択するのかを燃料選択手段２５に指令するエンジンコントローラ３１（指令手段）と、この指令に応じて燃料選択手段２５により選択されたいずれかの燃料をエンジンに供給する燃料噴射弁２（燃料供給手段）とを備えるので、燃料を気化させるための大きな気化熱を与えることなく、ガソリンから軽質燃料とアルコールを分離させることができることから、低温始動時に軽質燃料を用いることで、ガソリンに対して、分子量が略同等でありながら沸点が相対的に高い液状のアルコールが混入したアルコール混入ガソリンを用いるエンジンにおいても低温始動時を向上させることができる。
本実施形態によれば、アルコール混入ガソリン（混合燃料）を貯留する第１タンク１３内に霧化装置としての超音波振動子１４を備え、炭化水素燃料はガソリン、高沸点物質はアルコールであり、アルコールと軽質燃料とが霧化するように、超音波振動子１４の発生する超音波の出力及び超音波の振幅を定めるので、アルコール混入ガソリンを用いるエンジンにおいても、軽質燃料を用いることが可能であり良好な低温始動性を得ることができる。
アルコールを気体状で扱うには大きな容積が必要となり扱いにくいのであるが、本実施形態によれば、高沸点物質分離装置は冷却装置１７であり、霧化した軽質燃料とアルコールとの混じったガスをこの冷却装置１７を用いてアルコールの沸点以下に冷却することにより、アルコールを液状にして分離し第２タンク１８に貯留するので、アルコールを扱いやすいものとすることができる。
軽質燃料を気体状で扱うには大きな容積が必要となり扱いにくいのであるが、本実施形態によれば、アルコールが分離されて残ったガスからポンプ１９（凝縮手段）を用いて軽質燃料を液化し第３タンク２０に貯溜するので、軽質燃料を扱いやすいものとすることができる。
本実施形態によれば、運転条件が低温始動時である場合に燃料選択手段２５は第３タンク２０に貯留されている軽質燃料を選択するので、アルコールの混入率が大きなアルコール混入ガソリンを用いる場合であっても、良好な低温始動性が得られる。
本実施形態によれば、運転条件が高負荷域である場合に燃料選択手段２５は第２タンク１８に貯留されているアルコールを選択する。アルコールは沸点が高く、その分ノッキングが生じにくいことから、ガソリンのみを用いるエンジンの場合よりも点火時期を進めることができ、出力が向上する。
本実施形態によれば、アルコールはエタノールであるので、バイオエタノールが混入されたガソリンであっても、良好な低温始動性を得ることができる。
（第２実施形態）
ＦＩＧ．６〜ＦＩＧ．８は本発明の第２実施形態の燃料分離装置及び当該燃料分離装置を用いたエンジンの概略構成図、ＦＩＧ．９は第２実施形態のエンジンの概略構成図で、ＦＩＧ．６〜ＦＩＧ．９はそれぞれ第１実施形態のＦＩＧ．１〜ＦＩＧ．４と置き換わるものである。すなわち、ＦＩＧ．６はアルコールが混入されていないガソリンのみである場合を、ＦＩＧ．７は混入率が小さなアルコール混入ガソリンの場合を、ＦＩＧ．８は混入率が大きなアルコール混入ガソリンの場合を示している。
第２実施形態は、アルコールをさらに水素ガスと低オクタン価燃料とに改質する燃料改質装置４５を備えるものである。この場合、混入率の小さなアルコール混入ガソリンの場合に第２タンク１８にアルコールが貯留され、混入率の大きなアルコール混入ガソリンの場合に第１タンク１３にアルコールが存在するので、いずれかのアルコールを用いることができる。このため、第１タンク１３内の燃料を燃料改質装置４５に導く第１配管４１と、第２タンク１８内の燃料を燃料改質装置４５に導く第２配管４２とが設けられ、２つの各配管４１、４２に常閉の第１開閉弁４３、第２開閉弁４４がそれぞれ介装されている。エンジンコントローラ３１では、第１開閉弁４３を全閉状態としたまま第２開閉弁４４を開くか、または第２開閉弁４４を全閉状態としたまま第１開閉弁４３を開くことで、第２タンク１８内の燃料と第１タンク１３内の燃料とのいずれかを選択的に燃料改質装置４５に導くことができる。
さて、ガソリンのみの場合にはアルコールは分離されないので、２つの開閉弁４３、４４とも全閉状態に保つ。このとき、第２燃料選択手段４６の選択し得る燃料は、ＦＩＧ．６に示したように元の燃料と、軽質燃料の２つである。従って、エンジンコントローラ３１では、第２燃料選択手段４６に指令して、低温始動時に軽質燃料を、始動後の通常運転時に元の燃料をそれぞれ選択して燃料噴射弁２に供給する。
混入率の小さなアルコール混入ガソリンの場合には、第１開閉弁４３は全閉状態のまま第２開閉弁４４を開き、第２タンク１８に貯留している液状のアルコールの一部を燃料改質装置４５に導き、低オクタン価燃料と水素ガスあるいは水素ガスを含んだ燃料とに変換する。この結果、第２燃料選択手段４６の選択し得る燃料は、ＦＩＧ．７に示したように元の燃料と、アルコールと、軽質燃料と、低オクタン価燃料と、水素ガスの５つになる。エンジンコントローラ３１では、第２燃料選択手段４６に指令して、元の燃料を中負荷域で、アルコールを高負荷域で、軽質燃料を低温始動時に、低オクタン価燃料及び水素ガスを低負荷域で燃料噴射弁２、４７に供給する。
ここでは、水素ガスをエンジンに供給するため気体燃料用の燃料噴射弁４７を、液体燃料用の燃料噴射弁２とは別に設けており、水素ガスのみが燃料噴射弁４７より、他の液体燃料は燃料噴射弁２よりエンジン１に供給される。
混入率の大きなアルコール混入ガソリンの場合には、第２開閉弁４４は全閉状態のまま第１開閉弁４３を開き、第１タンク１３に貯留している液状のアルコールの一部を燃料改質装置４５に導き、低オクタン価燃料と水素ガスあるいは水素ガスを含んだ燃料に変換する。この結果、第２燃料選択手段４６の選択し得る燃料は、ＦＩＧ．８に示したように元の燃料（アルコールのみの燃料と同等の性質を有する）と、軽質燃料と、低オクタン価燃料と、水素ガスの４つになる。エンジンコントローラ３１では、第２燃料選択手段４６に指令して、元の燃料を中高負荷域で、軽質燃料を低温始動時に、低オクタン価燃料及び水素ガスを低負荷域で燃料噴射弁２、４７に供給する。ここでも、水素ガスのみが燃料噴射弁４７より、他の液体燃料は燃料噴射弁２よりエンジン１に供給される。すなわち、低負荷域に限っては第２燃料選択手段４６により、単独の燃料でなく、低オクタン価燃料及び水素ガスの２つの燃料を選択させている。これは後述するように、低負荷域で予混合圧縮自己着火燃焼を行わせるためである。
ＦＩＧ．９に示したように、主燃焼室５１の天井に副燃焼室５２が設けられ、副燃焼室５２と主燃焼室５１とは複数の孔５３で連通している。点火プラグ５は、副燃焼室５２に臨んで設けられ、副燃焼室５２に水素ガス供給孔５４と連通する通路５５が設けられている。水素ガス供給孔５４には第２燃料選択手段４６により水素ガスが供給される。そして、水素ガス供給孔５４に気体燃料用の燃料噴射弁４７が設けられている。
ＦＩＧ．１０は第２実施形態の運転領域図で、予混合圧縮自己着火燃焼領域である低負荷域と、火花点火燃焼領域である中高負荷域との２つに大きく分かれ、このうち中高負荷域で火花点火による燃焼を行わせる点は第１実施形態と同じである。
一方、低負荷域では、点火プラグ５は用いず、低オクタン価燃料及び水素ガスを用いて予混合圧縮自己着火燃焼（ＨＣＣＩ）を行わせる。例えば、吸気行程で燃料噴射弁２から低オクタン価燃料を噴射供給する。燃料噴射弁２からの低オクタン価燃料は主燃焼室５１内に良好な予混合気を形成する。これに対して、圧縮行程の適切な時期に燃料噴射弁４７から水素ガス（あるいは水素ガスを含んだ燃料）を噴射供給すると、水素ガスは通路５５から副燃焼室５２に入り噴孔５３から主燃焼室５１に噴き出し、主燃焼室５１内に広がり（ＦＩＧ．９参照）、望みの当量比の予混合気を生成することができる。低オクタン価燃料及び水素ガスは着火性が高い（着火しやすい）ので、低負荷域でも圧縮自己着火により容易に燃焼する。
さらに、混入率の大きなアルコール混入ガソリンの場合には、燃料改質装置４５により得られた水素ガスを用いて第１タンク１３に貯留されているガソリンの一部を水素添加技術を用いてオクタン価の低い低オクタン価燃料に変換することが考えられる。これによって、予混合圧縮自己着火燃焼を行わせるための低オクタン価燃料を増やすことができる。
第２実施形態によれば、第２タンク１８に貯留されているアルコールを燃料改質装置４５を用いてオクタン価の低い燃料と水素ガスとに変換するので、混入率が小さなアルコール混入ガソリンの場合に、予混合圧縮自己着火燃焼を行わせるための燃料を得ることができる。
第２実施形態によれば、アルコールの混入率が相対的に大きくて超音波振動子１４によりアルコールが霧化されない場合に、第１タンク１３に貯留されているアルコール混入ガソリン（燃料）の一部を燃料改質装置４５を用いて水素ガスを含む燃料に変換するので、混入率が大きなアルコール混入ガソリンの場合にも、予混合圧縮自己着火燃焼を行わせるための燃料を得ることができる。
第２実施形態によれば、第１実施形態の燃料選択手段２５、エンジンコントローラ３１（指令手段）及び燃料噴射弁２（燃料供給手段）に代えて、２つの燃料を選択し得る第２燃料選択手段４６と、低負荷域である場合に低オクタン価燃料及び水素ガスの２つの燃料を選択することを第２燃料選択手段４６に指令するエンジンコントローラ３１（第２指令手段）と、第２燃料選択手段４６により選択された低オクタン価燃料をエンジン１に供給する液体燃料用の燃料噴射弁２と、第２燃料選択手段４６により選択された水素ガスをエンジン１に供給する気体燃料用の燃料噴射弁４７とを備えるので、予混合圧縮自己着火燃焼を行わせることができる。
第２実施形態によれば、アルコールの混入率が相対的に小さくて超音波振動子１４によりアルコールが霧化される場合に第２タンク１８に貯留されているアルコールを、またアルコールの混入率が相対的に大きくて超音波振動子１４によりアルコールが霧化されない場合に第１タンク１３に貯留されている燃料をそれぞれ燃料改質装置４５を用いて水素ガスを含む燃料に変換するので、超音波振動子１４によりアルコールが霧化されるか否かに関係なく、予混合圧縮自己着火燃焼を行わせるための燃料を得ることができる。
実施形態では、高沸点物質がエタノールの場合で述べたが、高沸点物質がメタノールや水である場合にも本発明を適用することができる。また、分子量の異なる燃料種の集合物である炭化水素燃料がガソリンである場合で述べたが、軽油の場合にも本発明を適用することができる。
ガソリンのみの場合や混入率の大きなアルコール混入ガソリンである場合には超音波振動子１４によりアルコールが霧化されないので、アルコールが霧化されない場合にも冷却装置１７（高沸点物質分離装置）を作動させることは無駄である。そこで、超音波振動子１４によりアルコールが霧化されない場合に冷却装置１７の作動を停止することで、冷却装置１７を無駄に作動させることを防ぐことができる。
エンジンが車両に搭載される場合に、高負荷域でアルコールを用いることは出力向上となり好ましいのであるが、高負荷運転の頻度が少ないときにはアルコールを液状にして第２タンク１８に貯留しておくことは無駄となる。アルコールを液状にするため冷却装置１７を作動させているので、アルコールを使用しないのであれば冷却装置１７の作動を停止することができる。そこで、車両の走行履歴を記憶させ、その記憶させた走行履歴に基づいて高負荷運転の頻度が少ないときに、冷却装置１７の作動を制限する（例えば冷却装置１７を作動させる頻度を低くする）ことで、用いられないアルコールを無駄に作ることを省略できる。
低温始動時に軽質燃料が第２タンク１８内に貯留されていなければ、良好な低温始動性を得ることができないのであるが、エンジンの停止時にも超音波振動子１４及び冷却装置１７（高沸点物質分離装置）を作動させておくことで、低温始動時に軽質燃料を準備しておくことができる。
プラグからの充電機能を持つプラグインハイブリッド車両にエンジンが搭載される場合に、冷間状態でエンジンを始動させたいときに軽質燃料が第２タンク１８内に貯留されていなければ、良好な低温始動性を得ることができないのであるが、充電時に超音波振動子１４及び冷却装置１７（高沸点物質分離装置）を作動させておくことで、低温始動時であっても、第２タンク１８内に軽質燃料が存在することになり、良好な低温始動性を得ることができる。
（第３実施形態）
ＦＩＧ．１１〜ＦＩＧ．１３は第３実施形態の燃料分離装置及び当該燃料分離装置を用いたエンジンの概略構成図で、第１実施形態のＦＩＧ．１〜ＦＩＧ．３と置き換わるものである。ＦＩＧ．１１〜ＦＩＧ．１３の違いはアルコール混入率の相違にある。すなわち、ＦＩＧ．１１はアルコールが混入されていないガソリンのみの場合を、ＦＩＧ．１２は混入率の小さな（アルコール混入率が相対的に小さな）アルコール混入ガソリンの場合を、ＦＩＧ．１３は混入率の大きい（アルコール混入率が相対的に大きな）アルコール混入ガソリンの場合を示している。なお、ＦＩＧ．１１〜ＦＩＧ．１３においてＦＩＧ．１〜ＦＩＧ．３と同一部分には同一番号を付している。
第３実施形態は、高価な超音波振動子に代えて超音波振動子よりも安価な燃料噴射弁６１（霧化装置）を用いるものである。すなわち、燃料タンク内１１のガソリンは、供給ポンプ１２により、燃料噴射弁６１に圧送される。燃料噴射弁６１はガソリンを、ガソリンと空気との間で生じる振動によって振動エネルギーを与えて微粒化させるものである。図示の燃料噴射弁６１は、高圧の燃料と外部の空気との間で振動を起こさせて微粒化するタイプである。燃料噴射弁６１はガソリンと高圧の空気との間で微粒化するエアアシストタイプであってもかまわない。
燃料噴射弁６１により霧化されるガソリンには、アルコール、軽質燃料、これら２つを除いた残りの燃料種（この残りの燃料種を以下「重質燃料」という。）が含まれる。軽質燃料は、上記のようにアルコールの分子量と同等の燃料種及びアルコールの分子量以下の燃料種であるから、重質燃料とは、アルコールの分子量より大きな分子量の燃料種のことである。つまり、燃料噴射弁６１は、軽質燃料、アルコール、重質燃料の３つの燃料を霧化することができる。さらに述べると、第１実施形態の超音波振動子１４は、アルコールと軽質燃料とを少なくとも霧化する霧化装置として機能するものであったが、燃料噴射弁６１は、アルコール及び軽質燃料に加えて、重質燃料をも霧化する霧化装置として機能する。
燃料分離装置６３は、主に燃料噴射弁６１、サイクロン分離装置６４、第１タンク１３、第２タンク１８、ポンプ１９（凝縮手段）、第３タンク２０、ポンプ８２、加圧容器８３（高沸点物質分離装置）、加圧容器８４（凝縮手段）からなっている。このうち霧化装置は、燃料噴射弁６１と、燃料噴霧の分子量（炭化水素燃料の燃料種およびアルコールのクラスターの分子量）の大きさによって燃料を分級する分級装置としてのサイクロン分離装置６４と、ポンプ８２とから構成される。
サイクロン分離装置６４は、遠心力により、燃料噴射弁６１により霧化された軽質燃料、アルコール、重質燃料の３つの燃料噴霧の中から燃料噴霧の分子量の大きさにより２種類の燃料噴霧に、つまり軽質燃料及びアルコールの燃料噴霧と、重質燃料の燃料噴霧とに分級するものである。燃料噴霧の分子量（炭化水素燃料の燃料種およびアルコールのクラスターの分子量）の大きさは燃料噴霧の液滴径と相関が強いため、サイクロン分離装置６４の、液滴径の大きさによる分級によって、上述のように燃料が分級される。
サイクロン分離装置６４には、円錐形状のコーン６５が小径側を鉛直下方に大径側を鉛直上方に向けて、図示しない架台に据え付けられている。コーン６５は天井壁６６と側壁６７、６８とで空間を区切り、これらで内部に渦室６９を形成している。側壁６７、６８は、さらに傾斜角度が相対的に大きな上部側壁６７と、傾斜角度が相対的に小さな下部側壁６８とから構成されている。図示の傾斜角度に限定されるものでない。また、２つの異なる傾斜角度とすることにも限定されない。
下部側壁６８の下端には排出孔７０が開口している。この排出口７０は通路７１を介して第１タンク１３と連通する。
コーン６５の中心軸上には、直管状のオーバーフロー管７３が設けられている。オーバーフロー管７３はその下端７３ａが下部側壁下端の排出孔７０から鉛直上方に少し離れて開口している。また、オーバーフロー管７３の上端は天井壁６６を貫通してコーン６５の外部に突出している。
上部側壁６５には、渦室６９に臨んで燃料噴射弁６１を取り付けている。燃料噴射弁６１のノズル先端は、上部側壁６７の内面６７ａに向かって燃料が噴かれるように適切な角度に調整される。ノズル先端から渦室６９に向かって水平方向に噴射された燃料噴霧は、渦室６９内に生じる空気のガス流動に乗って旋回する。すなわち、燃料噴霧は、上部側壁６７の内面６７ａに浅い角度で衝突し遠心力の作用を受けながら周囲の空気との混合ガスを作り、螺旋状の渦巻き状態で渦室６９内を下降してゆく（矢印参照）。
渦室６９に噴射された燃料噴霧には、軽質燃料、アルコール、重質燃料の３種類の燃料噴霧が混在している。このうち、分子量が大きな重質燃料の燃料噴霧は遠心力によって外側に向かって浮遊し上部側壁６７の内面６７ａに衝突して付着し、液状となって内面６７ａを下方に向けて滴り落ち、排出孔７０から出て第１タンク１４に溜まる。
一方、分子量が小さな軽質燃料の燃料噴霧及びアルコールの燃料噴霧は、ガス化しつつ渦室６９内を旋回しながら遠心力に逆らってコーン６５の中心部へ押しやられ、オーバーフロー管７３の周囲を旋回しつつ下方に向かう。オーバーフロー管７３の上端と接続される通路８１にはポンプ８２を備えている。このポンプ８２を駆動することでオーバフロー管７３内が大気圧よりも低い圧力となる。このため、分子量が小さな軽質燃料及びアルコールの混合ガスは、オーバーフロー管７３の下端７３ａからオーバーフロー管７３の内部に吸い込まれて上昇しコーン６５の外部へと排出される。
通路８１に導かれた軽質燃料及びアルコールの混合ガスはポンプ８２により加圧して加圧容器（低圧）８３に供給する。所定圧まで加圧された混合ガスの中からアルコールが先に液化するので、液化したアルコールを第２タンク１８に貯留する。第１実施形態と同様に、冷却装置を設けてアルコールを液化し、液化したアルコールを第２タンク１８に貯留するようにしてもかまわない。
液化しなかった軽質燃料のガスはポンプ１９により加圧容器（低圧）８４に圧送する。ポンプ１９により加圧容器８４内を所定の圧力まで高めて気体状の軽質燃料を凝縮し液化させる。液化した軽質燃料は第３タンク２０に貯留する。軽質燃料は吸着剤を使って吸着させておいてもよい。加圧容器８４内を所定の圧力まで高めても凝縮して液化しない軽質燃料はリターン配管２２を介してサイクロン分離装置６４に戻す。リターン配管２２には逆止弁２３を設けておく。
この結果、ガソリンのみの場合には、ＦＩＧ．１１に示したように、第２タンク１８内は空で、第３タンク２０に液状の軽質燃料が貯留される。混入率の小さなアルコール混入ガソリンの場合には、ＦＩＧ．１２に示したように、第２タンク１８に液状のアルコールが、第３タンク２０に液状の軽質燃料が貯留される。混入率の大きなアルコール混入ガソリンの場合には、ＦＩＧ．１３に示したように、第１タンク１３にクラスター状態のアルコールが貯留され、第２タンク１８内は空で、第３タンク２０に液状の軽質燃料が貯留される。これは、アルコールがクラスター状態になると、クラスター全体の分子量が大きくなるため、クラスター状態のアルコールは重質燃料と同じ挙動をすることになるためである。すなわち、クラスター状態のアルコールの燃料噴霧は分子量が大きいために、遠心力によって外側に向かって浮遊し上部側壁６７の内面６７ａに衝突して付着する。液状となったクラスター状態のアルコールは、上部側壁６７の内面６７ａを下方に向けて滴り落ち、排出孔７０から出て第１タンク１４に溜まる。
このように、ガソリンのみの場合には重質燃料と軽質燃料とに、混入率の小さなアルコール混入ガソリンの場合には重質燃料とアルコールと軽質燃料とに、混入率の大きなアルコール混入ガソリンの場合にはアルコールと軽質燃料とに分離される。こうして分離した燃料を運転条件に応じて使い分けるため燃料選択手段２５を備える。
エンジンコントローラ３１では、燃料供給ポンプ１２、燃料噴射弁６１、ポンプ１９、８２を駆動して上記のように燃料分離を行わせる。また、エンジンコントローラ３１ではエンジン負荷センサ３２により検出されるエンジン負荷、エンジン回転速度センサ３３により検出されるエンジン回転速度、水温センサ３４により検出される水温に基づいて冷間始動時にあるのか、始動終了後の低負荷域にあるのか、それとも中高負荷域にあるのかといった運転条件を検出すると共に、アルコール混入率センサ３５により検出されるアルコール混入率（＝アルコール濃度）に基づいて、ガソリンのみの場合、混入率の小さなアルコール混入ガソリンの場合、混入率の大きなアルコール混入ガソリンの場合のいずれの場合であるのかを判定し、これら運転条件と判定結果とに基づいて、燃料選択手段２５を介しいずれかの燃料を選択させる。具体的な燃料の選択方法は第１実施形態と同じであるので、説明は省略する。
なお、軽質燃料及びアルコールをサイクロン分離装置６４から通路８１へと導き易くするため、所定のガスをサイクロン分離装置６４に導入してもよい。例えば、エンジンの排気が不活性ガスとして入手し易く、好適である。加圧容器８３、８４を通過したガスはリターン配管２２を介してサイクロン分離装置６４に導入することで、再利用できる。また、燃料を分級する分級装置を構成するサイクロン分離装置６４の代わりに、デミスター、フィルターなどを用いることもできる。
このように、第３実施形態によっても、第１実施形態と同様に燃料を気化させるための大きな気化熱を与えることなく、ガソリンから軽質燃料とアルコールを分離させることができるという作用効果が得られる。しかも、極めてシンプルかつ安価であり、特に車両に搭載されるエンジンにとって汎用性の高い構成（部品）により、霧化装置（ならびに分級装置）を実現することができる。
第３実施形態によれば、霧化装置は、アルコール（高沸点物質）の分子量を超える燃料種である重質燃料をも霧化する燃料噴射弁６１と、この燃料噴射弁６１からの燃料噴霧を受け、燃料噴霧の分子量の大きさによって軽質燃料と高沸点物質とを分級する分級装置（サイクロン分級装置６４及びポンプ８２）とを含み、軽質燃料と高沸点物質とが分級された後に残る燃料を貯留する第１タンクを備えるので、安価な装置で燃料を気化させるための大きな気化熱を与えることなく、ガソリンから軽質燃料とエタノールを分離させることができる。
第３実施形態によれば、分級装置はアルコール（高沸点物質）及び軽質燃料を高沸点物質分離装置に供給するポンプ８２を含むので、安価な装置によって、アルコール及び軽質燃料を分離できる。
アルコールを気体状で扱うには大きな容積が必要となり扱いにくいのであるが、第３実施形態によれば、高沸点物質分離装置は加圧容器８３であり、霧化した軽質燃料とアルコールとの混じったガスをこの加圧容器８３に導いて加圧することにより、アルコールを液状にして分離し第２タンク１８に貯留するので、アルコールを扱いやすいものとすることができる。
（第４実施形態）
ＦＩＧ．１４〜ＦＩＧ．１６は本発明の第４実施形態の燃料分離装置及び当該燃料分離装置を用いたエンジンの概略構成図で、ＦＩＧ．１４〜ＦＩＧ．１６はそれぞれ第２実施形態のＦＩＧ．６〜ＦＩＧ．８と置き換わるものである。すなわち、ＦＩＧ．１４はアルコールが混入されていないガソリンのみである場合を、ＦＩＧ．１５は混入率が小さなアルコール混入ガソリンの場合を、ＦＩＧ．１６は混入率が大きなアルコール混入ガソリンの場合を示している。ＦＩＧ．６〜ＦＩＧ．８と同一部分には同一番号を付している。
第４実施形態も、アルコールをさらに水素ガスと低オクタン価燃料とに（あるいは水素ガスを含む燃料に）改質する燃料改質装置４５を備えるものである。この場合、混入率の小さなアルコール混入ガソリンの場合に第２タンク１８にアルコールが貯留され、混入率の大きなアルコール混入ガソリンの場合に第１タンク１３にアルコールが存在するので、いずれかのアルコールを用いることができる。このため、第１タンク１３内の燃料を燃料改質装置４５に導く第１配管４１と、第２タンク１８内の燃料を燃料改質装置４５に導く第２配管４２とが設けられ、２つの各配管４１、４２に常閉の第１開閉弁４３、第２開閉弁４４がそれぞれ介装されている。エンジンコントローラ３１では、第１開閉弁４３を全閉状態としたまま第２開閉弁４４を開くか、または第２開閉弁４４を全閉状態としたまま第１開閉弁４３を開くことで、第２タンク１８内の燃料と第１タンク１３内の燃料とのいずれかを選択的に燃料改質装置４５に導くことができる。
さて、ガソリンのみの場合には、２つの開閉弁４３、４４とも全閉状態に保つ。このとき、第２燃料選択手段４６の選択し得る燃料は、ＦＩＧ．１４に示したように重質燃料と、軽質燃料の２つである。従って、エンジンコントローラ３１では、第２燃料選択手段４６に指令して、低温始動時に軽質燃料を、始動後の通常運転時に重質燃料をそれぞれ選択して燃料噴射弁２に供給する。
混入率の小さなアルコール混入ガソリンの場合には、第１開閉弁４３は全閉状態のまま第２開閉弁４４を開き、第２タンク１８に貯留している液状のアルコールの一部を燃料改質装置４５に導き、低オクタン価燃料と水素ガスとに変換する。この結果、第２燃料選択手段４６の選択し得る燃料は、ＦＩＧ．１５に示したように重質燃料と、アルコールと、軽質燃料と、低オクタン価燃料と、水素ガスの５つになる。エンジンコントローラ３１では、第２燃料選択手段４６に指令して、重質燃料を中高負荷域で、アルコールを最大負荷時に、軽質燃料を低温始動時に、低オクタン価燃料及び水素ガスを低負荷域で燃料噴射弁２、４７に供給する。
ここでは、水素ガスをエンジンに供給するため気体燃料用の燃料噴射弁４７を、液体燃料用の燃料噴射弁２とは別に設けており、水素ガスのみが燃料噴射弁４７より、他の液体燃料は燃料噴射弁２よりエンジン１に供給される。
混入率の大きなアルコール混入ガソリンの場合には、第２開閉弁４４は全閉状態のまま第１開閉弁４３を開き、第１タンク１３に貯留している液状のアルコールの一部を燃料改質装置４５に導き、低オクタン価燃料と水素ガスに変換する。この結果、第２燃料選択手段４６の選択し得る燃料は、ＦＩＧ．１６に示したようにクラスター化しているアルコールと、軽質燃料と、低オクタン価燃料と、水素ガスの４つになる。エンジンコントローラ３１では、第２燃料選択手段４６に指令して、アルコールを中高負荷域で、軽質燃料を低温始動時に、低オクタン価燃料及び水素ガスを低負荷域で燃料噴射弁２、４７に供給する。ここでも、水素ガスのみが燃料噴射弁４７より、他の液体燃料は燃料噴射弁２よりエンジンに供給される。すなわち、低負荷域に限っては第２燃料選択手段４６により、単独の燃料でなく、低オクタン価燃料及び水素ガスの２つの燃料を選択させている。これは低負荷域で予混合圧縮自己着火燃焼を行わせるためである。
ＦＩＧ．９は第４実施形態のエンジンの概略構成図でもある。すなわち、ＦＩＧ．９に示したように、主燃焼室５１の天井に副燃焼室５２が設けられ、副燃焼室５２と主燃焼室５１とは複数の孔５３で連通している。点火プラグ５は、副燃焼室５２に臨んで設けられ、副燃焼室５２に水素ガス供給孔５４と連通する通路５５が設けられている。水素ガス供給孔５４には第２燃料選択手段４６により水素ガスが供給される。そして、水素ガス供給孔５４に気体燃料用の燃料噴射弁４７が設けられている。
ＦＩＧ．１０は第４実施形態の運転領域図でもある。すなわち、ＦＩＧ．１０に示したように、予混合圧縮自己着火燃焼領域である低負荷域と、火花点火燃焼領域である中高負荷域との２つに大きく分かれ、このうち中高負荷域で火花点火による燃焼を行わせる点は第１実施形態と同じである。
一方、低負荷域では、点火プラグ５は用いず、低オクタン価燃料及び水素ガスを用いて予混合圧縮自己着火燃焼（ＨＣＣＩ）を行わせる。例えば、吸気行程で燃料噴射弁２から低オクタン価燃料を噴射供給する。燃料噴射弁２からの低オクタン価燃料は主燃焼室５１内に良好な予混合気を形成する。これに対して、圧縮行程の適切な時期に燃料噴射弁４７から水素ガスを噴射供給すると、水素ガスは通路５５から副燃焼室５２に入り噴孔５３から主燃焼室５１に噴き出し、主燃焼室５１内に広がり（ＦＩＧ．９参照）、望みの当量比の予混合気を生成することができる。低オクタン価燃料及び水素ガスは着火性が高い（着火しやすい）ので、低負荷域でも圧縮自己着火により容易に燃焼する。
第４実施形態によれば、第２タンク１８に貯留されているアルコールを燃料改質装置４５を用いてオクタン価の低い燃料と水素ガスとに変換するので、混入率が小さなアルコール混入ガソリンの場合に、予混合圧縮自己着火燃焼を行わせるための燃料を得ることができる。
第４実施形態によれば、アルコールの混入率が相対的に大きい場合に、第１タンク１３に貯留されているクラスター状態のアルコールの一部を燃料改質装置４５を用いて水素ガスを含む燃料に変換するので、混入率が大きなアルコール混入ガソリンの場合にも、予混合圧縮自己着火燃焼を行わせるための燃料を得ることができる。
第４実施形態によれば、第１実施形態の燃料選択手段２５、エンジンコントローラ３１（指令手段）及び燃料噴射弁２（燃料供給手段）に代えて、２つの燃料を選択し得る第２燃料選択手段４６と、低負荷域である場合に低オクタン価燃料及び水素ガスの２つの燃料を選択することを第２燃料選択手段４６に指令するエンジンコントローラ３１（第２指令手段）と、第２燃料選択手段４６により選択された低オクタン価燃料をエンジン１に供給する液体燃料用の燃料噴射弁２と、第２燃料選択手段４６により選択された水素ガスをエンジン１に供給する気体燃料用の燃料噴射弁４７とを備えるので、予混合圧縮自己着火燃焼を行わせることができる。
第４実施形態によれば、アルコールの混入率が相対的に小さい場合に第２タンク１８に貯留されているアルコールを、またアルコールの混入率が相対的に大きい場合に第１タンク１３に貯留されているクラスター状態のアルコールをそれぞれ燃料改質装置４５を用いて水素ガスを含む燃料に変換するので、予混合圧縮自己着火燃焼を行わせるための燃料を得ることができる。
以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に含まれることが明白である。
以上の説明に関して、２００９年３月３日を出願日とする日本国における特願２００９−４８９８２の内容をここに引用により組み込む。
この発明の実施形態が包含する排他的性質又は特徴は以下のようにクレームされる。
【図１】
2010101293.tif 000003
【図２】
2010101293.tif 000004
【図３】
2010101293.tif 000005
【図４】
2010101293.tif 000006
【図５】
2010101293.tif 000007
【図６】
2010101293.tif 000008
【図７】
2010101293.tif 000009
【図８】
2010101293.tif 000010
【図９】
2010101293.tif 000011
【図１０】
2010101293.tif 000012
【図１１】
2010101293.tif 000013
【図１２】
2010101293.tif 000014
【図１３】
2010101293.tif 000015
【図１４】
2010101293.tif 000016
【図１５】
2010101293.tif 000017
【図１６】
2010101293.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成22年7月29日(2010.7.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分子量と沸点が互いにほぼ比例関係にある異なる燃料種の集合物である炭化水素燃料に対して、前記異なる燃料種のうち相対的に大きな分子量を持つ燃料種に比べ小さな分子量を持つとともに分子量が略同等の燃料種に比べて沸点が相対的に高い液状の高沸点物質が混入した混合燃料に振動エネルギーを与え、前記高沸点物質と、高沸点物質の分子量以下の燃料種である軽質燃料とを、前記相対的に大きな分子量を持つ燃料種から分離して霧化する霧化装置と、
霧化した軽質燃料と高沸点物質との混じったガスから高沸点物質のみを分離する高沸点物質分離装置と
を備えることを特徴とする燃料分離装置。
【請求項２】
前記霧化装置は、
高沸点物質の分子量を超える燃料種である重質燃料をも霧化する燃料噴射弁と、
前記燃料噴射弁からの燃料噴霧を受け、燃料噴霧の分子量の大きさによって軽質燃料と高沸点物質とを分級する分級装置と
を含み、
軽質燃料と高沸点物質とが分級された後に残る燃料を貯留する第１タンクを備えることを特徴とする請求項１に記載の燃料分離装置。
【請求項３】
前記炭化水素燃料はガソリン、前記高沸点物質はメタノール、エタノールまたは水であり、
前記分級装置は高沸点物質及び前記軽質燃料を高沸点物質分離装置に供給するポンプを含むことを特徴とする請求項２に記載の燃料分離装置。
【請求項４】
前記高沸点物質分離装置は、供給された高沸点物質及び軽質燃料の混じったガスを加圧容器に導いて加圧することにより、高沸点物質を液状にして分離し第２タンクに貯留することを特徴とする請求項３に記載の燃料分離装置。
【請求項５】
前記混合燃料を貯留する第１タンク内に前記霧化装置としての超音波振動子を備え、
前記炭化水素燃料はガソリン、前記高沸点物質はメタノール、エタノールまたは水であり、この高沸点物質と前記軽質燃料とが霧化するように、超音波振動子の発生する超音波の出力及び超音波の振幅を定めることを特徴とする請求項１に記載の燃料分離装置。
【請求項６】
前記高沸点物質分離装置は冷却装置であり、前記霧化した軽質燃料と高沸点物質との混じったガスをこの冷却装置を用いて高沸点物質の沸点以下に冷却することにより、高沸点物質を液状にして分離し第２タンクに貯留することを特徴とする請求項１または５に記載の燃料分離装置。
【請求項７】
前記高沸点物質が分離されて残ったガスから凝縮手段を用いて前記軽質燃料を液化し第３タンクに貯溜することを特徴とする請求項４または６に記載の燃料分離装置。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか一つに記載された燃料分離装置を備えるエンジンであって、
前記相対的に大きな分子量を持つ燃料種である重質燃料と、前記分離された高沸点物質と、前記高沸点物質が分離された後の軽質燃料とのいずれかの燃料を任意に選択し得る燃料選択手段と、
運転条件に応じていずれの燃料を選択するのかを前記燃料選択手段に指令する指令手段と、
この指令に応じて燃料選択手段により選択されたいずれかの燃料をエンジンに供給する燃料供給手段と
を備えることを特徴とするエンジン。
【請求項９】
請求項７に記載された燃料分離装置を備えるエンジンであって、
前記エンジンの運転条件が低温始動時である場合に前記第３タンクに貯留されている軽質燃料を選択し、
前記エンジンの運転条件が中負荷域である場合に前記第１タンクに貯留されているガソリンを選択し、
前記エンジンの運転条件が高負荷域である場合に前記第２タンクに貯留されているアルコールを選択し、
選択されたいずれかの燃料を前記エンジンに供給する燃料供給手段を備えることを特徴とするエンジン。
【請求項１０】
請求項４または６に記載された燃料分離装置を備えるエンジンであって、
前記第２タンクに貯留されているアルコールを燃料改質装置を用いてオクタン価の低い低オクタン価燃料と水素ガスとに変換すると共に、
２つの燃料を選択し得る第２燃料選択手段と、
低負荷域である場合に前記低オクタン価燃料及び前記水素ガスの２つの燃料を選択することを前記第２燃料選択手段に指令する第２指令手段と、
第２燃料選択手段により選択された低オクタン価燃料をエンジンに供給する液体燃料用の燃料噴射弁と、
第２燃料選択手段により選択された水素ガスをエンジンに供給する気体燃料用の燃料噴射弁と
を備えることを特徴とするエンジン。
【請求項１１】
請求項２または５に記載された燃料分離装置を備えるエンジンであって、
前記混合燃料のアルコール混入率が相対的に高い場合に前記第１タンクに貯留されている燃料を燃料改質装置を用いて水素ガスを含む燃料に変換することを特徴とするエンジン。
【請求項１２】
請求項２または５に記載された燃料分離装置を備えるエンジンであって、
前記混合燃料のアルコール混入率が相対的に低い場合に前記第２タンクに貯留されているアルコールを、また前記混合燃料のアルコール混入率が相対的に高い場合に前記第１タンクに貯留されている燃料をそれぞれ燃料改質装置を用いて水素ガスを含む燃料に変換することを特徴とするエンジン。
【請求項１３】
前記混合燃料のアルコール混入率が相対的に高い場合に前記第１タンクに貯留されている燃料を、前記エンジンの運転条件が高負荷である場合に選択することを特徴とする請求項９に記載のエンジン。
【請求項１４】
請求項６に記載された燃料分理想地を備えるエンジンであって、
前記アルコール混入率が相対的に高くて前記超音波振動子によりアルコールが霧化されない場合に前記高沸点物質分離装置の作動を停止することを特徴とするエンジン。
【請求項１５】
請求項６に記載された燃料分離装置を備えるエンジンの搭載される車両であって、
車両の走行履歴を記憶させ、その記憶させた走行履歴に基づいて高負荷運転の頻度が少ないときに、前記冷却装置の作動を制限することを特徴とするエンジン搭載車両。
【請求項１６】
請求項６に記載された燃料分離装置を備えるエンジンであって、
エンジンの停止時にも前記超音波振動子及び前記高沸点物質分離装置を作動させておくことを特徴とするエンジン。
【請求項１７】
請求項６に記載された燃料分離装置を備えるエンジンの搭載され、かつプラグからの充電機能を持つプラグインハイブリッド車両であって、
充電時に前記超音波振動子及び前記高沸点物質分離装置を作動させておくことを特徴とするエンジン搭載車両。
【国際調査報告】
2010101293.tif 000019
2010101293.tif 000020
2010101293.tif 000021
2010101293.tif 000022