(57)【要約】【課題】混合燃料を炭化水素系燃料とアルコールとに分離させる燃料分離装置において、混合燃料の分離に使用する水の搭載量を少なくすることと水の補給頻度を低減することとを共に実現し、それにより混合燃料を使用する内燃機関の実用性を高める。【解決手段】水を蓄えた水貯留部１６と、水貯留部１６内の水を混合燃料に添加して炭化水素系燃料と水／アルコール混合液とに分離させる第１の分離部２４と、第１の分離部２４から回収した水／アルコール混合液を水とアルコールとに分離させる第２の分離部３６とを備え、第２の分離部３６から回収した水を水貯留部１６へ戻すようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素系燃料とアルコールとが混合した混合燃料を使用可能な内燃機関において混合燃料を炭化水素系燃料とアルコールとに分離させる燃料分離装置であって、
水を蓄えた水貯留部と、
前記水貯留部内の水を混合燃料に添加して炭化水素系燃料と水／アルコール混合液とに分離させる第１の分離部と、
前記第１の分離部から回収した水／アルコール混合液を水とアルコールとに分離させる第２の分離部とを備え、
前記第２の分離部から回収した水は前記水貯留部へ戻されることを特徴とする内燃機関の燃料分離装置。
【請求項２】
前記水貯留部内の水の貯留量を監視し、貯留量が所定量を下回ったときには所定の信号を出力する貯留量監視手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の燃料分離装置。
【請求項３】
炭化水素系燃料とアルコールとが混合した混合燃料を使用可能な内燃機関において、
水を蓄えた水貯留部と、
前記水貯留部内の水を混合燃料に添加して炭化水素系燃料と水／アルコール混合液とに分離させる第１の分離部と、
前記第１の分離部から回収した水／アルコール混合液を水とアルコールとに分離させる第２の分離部と、
前記第２の分離部で得られたアルコールによるストイキ運転を行い、前記ストイキ運転時の実際のアルコール噴射量と吸入空気量から計算されるストイキアルコール噴射量との比較に基づいて、前記第２の分離部で得られたアルコールに含まれる水分の割合を計算する水分割合計算手段と、
前記水分割合計算手段で計算された水分割合に応じて、燃料としてのアルコールの使用規則を変更するアルコール使用規則変更手段と、
を備えることを特徴とするアルコール混合燃料使用内燃機関。
【請求項４】
前記アルコール使用規則変更手段は、混合燃料及び／又は前記第１の分離部で得た炭化水素系燃料と前記第２の分離部で得られたアルコールとによるリーンバーン運転時において、前記水分割合計算手段で計算された水分割合が所定値を超える場合にはアルコールの使用を禁止若しくは制限することを特徴とする請求項３記載のアルコール混合燃料使用内燃機関。
【請求項５】
前記アルコール使用規則変更手段は、混合燃料及び／又は前記第１の分離部で得た炭化水素系燃料と前記第２の分離部で得られたアルコールとによるストイキ運転時において、前記水分割合計算手段で計算された水分割合が所定値を超える場合には高負荷域でのアルコールの使用割合を増大させることを特徴とする請求項３又は４記載のアルコール混合燃料使用内燃機関。
【請求項６】
前記水分割合計算手段で計算された水分割合が所定値を超える場合には混合燃料の分離を禁止する分離禁止手段をさらに備えたことを特徴とする請求項３乃至５の何れか１項に記載の内燃機関の燃料分離装置。
【請求項７】
前記水分割合計算手段で計算された水分割合が所定値を超えたときに所定の信号を出力する水分割合監視手段をさらに備えたことを特徴とする請求項３乃至６の何れか１項に記載の内燃機関の燃料分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガソリン等の炭化水素系燃料とアルコールとが混合した混合燃料を使用可能な内燃機関において混合燃料を炭化水素系燃料とアルコールとに分離させる燃料分離装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガソリンとエタノール等のアルコールとが混合した混合燃料を使用する内燃機関が知られている。以下の特許文献１乃至３には、そのような内燃機関であって、混合燃料からガソリン或いはアルコールを取り出し、取り出したガソリン或いはアルコールを単独で使用するものについて開示されている。
【０００３】
特許文献１乃至３において混合燃料からガソリン或いはアルコールを取り出すための手段としては水が用いられている。内燃機関で使用されるアルコールは水に溶解しやすい低分子量のアルコールである。このため、混合燃料に水を添加すると、混合燃料中に分散しているアルコールは水に溶解し、混合燃料はガソリンと水／アルコール混合液とに相分離する。水／アルコール混合液はガソリンよりも比重が大きいので、容器の下部からは水／アルコール混合液を取り出すことができ、また、容器の上部からはガソリンを取り出すことができる。
【特許文献１】特公平３−４３４５８号公報
【特許文献２】特開２００６−２５７９０７号公報
【特許文献３】特開平７−１９１２４号公報
【特許文献４】特開２００６−１４４７３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１乃至３に記載の技術を自動車に適用する場合、現実の運用面において問題が生じる。それは、混合燃料の分離に使用する水の確保である。使用する水はタンクに蓄えておくことになるが、タンクの容量が小さいと頻繁な水補給が必要となってしまう。燃料の補給とは別に頻繁な水の補給も強いることは、ユーザに大きな負担をかけることになる。一方、水の補給頻度を下げるためにタンクの容量を大きくすると、車両の重量が増大することとなって燃費性能を悪化させてしまう。
【０００５】
本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、混合燃料を炭化水素系燃料とアルコールとに分離させる燃料分離装置において、混合燃料の分離に使用する水の搭載量を少なくすることと水の補給頻度を低減することとを共に実現し、それにより混合燃料を使用する内燃機関の実用性を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、炭化水素系燃料とアルコールとが混合した混合燃料を使用する内燃機関において混合燃料を炭化水素系燃料とアルコールとに分離させる燃料分離装置であって、
水を蓄えた水貯留部と、
前記水貯留部内の水を混合燃料に添加して炭化水素系燃料と水／アルコール混合液とに分離させる第１の分離部と、
前記第１の分離部から回収した水／アルコール混合液を水とアルコールとに分離させる第２の分離部とを備え、
前記第２の分離部から回収した水は前記水貯留部へ戻されることを特徴としている。
【０００７】
第２の発明は、第１の発明において、
前記水貯留部内の水の貯留量を監視し、貯留量が所定量を下回ったときには所定の信号を出力する貯留量監視手段をさらに備えたことを特徴としている。
【０００８】
また、第３の発明は、炭化水素系燃料とアルコールとが混合した混合燃料を使用可能な内燃機関において、
水を蓄えた水貯留部と、
前記水貯留部内の水を混合燃料に添加して炭化水素系燃料と水／アルコール混合液とに分離させる第１の分離部と、
前記第１の分離部から回収した水／アルコール混合液を水とアルコールとに分離させる第２の分離部と、
前記第２の分離部で得られたアルコールによるストイキ運転を行い、前記ストイキ運転時の実際のアルコール噴射量と吸入空気量から計算されるストイキアルコール噴射量との比較に基づいて、前記第２の分離部で得られたアルコールに含まれる水分の割合を計算する水分割合計算手段と、
前記水分割合計算手段で計算された水分割合に応じて、燃料としてのアルコールの使用規則を変更するアルコール使用規則変更手段と、
を備えることを特徴としている。
【０００９】
第４の発明は、第３の発明において、
前記アルコール使用規則変更手段は、混合燃料及び／又は前記第１の分離部で得た炭化水素系燃料と前記第２の分離部で得られたアルコールとによるリーンバーン運転時において、前記水分割合計算手段で計算された水分割合が所定値を超える場合にはアルコールの使用を禁止若しくは制限することを特徴としている。
【００１０】
第５の発明は、第３又は第４の発明において、
前記アルコール使用規則変更手段は、混合燃料及び／又は前記第１の分離部で得た炭化水素系燃料と前記第２の分離部で得られたアルコールとによるストイキ運転時において、前記水分割合計算手段で計算された水分割合が所定値を超える場合には高負荷域でのアルコールの使用割合を増大させることを特徴としている。
【００１１】
第６の発明は、第３乃至第５の何れか１つの発明において、
前記水分割合計算手段で計算された水分割合が所定値を超える場合には混合燃料の分離を禁止する分離禁止手段をさらに備えたことを特徴としている。
【００１２】
第７の発明は、第３乃至第６の何れか１つの発明において、
前記水分割合計算手段で計算された水分割合が所定値を超えたときに所定の信号を出力する水分割合監視手段をさらに備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
第１の発明によれば、混合燃料の分離に使用した水をアルコールから分離回収し、再び混合燃料の分離に使用することができるので、車両に搭載する水の量は少なくてよい。また、水は繰り返し使用することができるので、水を消費してしまう従来の装置に比較して水を補給する頻度は極めて少なく抑えられる。さらに、燃料であるアルコールを水と分離して使用できることから、噴射燃料に水が混じることによる燃焼の悪化を防止することもできる。
【００１４】
第２の発明によれば、水の補給が必要になったら信号が出力されるので、ユーザが水の補給時期を知ることができる。
【００１５】
第３の発明によれば、第２の分離部での水／アルコール混合液の分離精度によってはアルコールには水分が含まれるが、その水分割合に応じて燃料としてのアルコールの使用規則が変更されるので、アルコールの燃料性状に応じた最適な燃焼制御を実現することができる。
【００１６】
第４発明によれば、アルコールに含まれる水分の影響でリーンバーン運転時の燃焼状態が悪化することを前もって防止することができる。
【００１７】
第５の発明によれば、アルコールに含まれる水分の冷却効果によって筒内温度を低下させることができ、高負荷時のノックを改善することができる。
【００１８】
第６の発明によれば、アルコールに含まれる水分割合が大きくなったときには混合燃料の分離が禁止され、水分を多量に含んだアルコールの使用は停止されるので、水の影響で内燃機関の運転が不調若しくは不能になることを防止することができる。
【００１９】
第７の発明によれば、アルコールに含まれる水分割合が大きくなったときには信号が出力されるので、ユーザが第２の分離部の故障を知ることができる
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００２１】
［燃料分離装置の構成］
図１は本発明の実施の形態としての燃料分離装置とそれを用いたエンジンシステムの構成を示す図である。本実施の形態の燃料分離装置は、燃料としてエタノール等のアルコールが混合したガソリンを使用可能な内燃機関６０に適用されている。本実施の形態にかかる内燃機関６０は、アルコール混合ガソリンを噴射するための噴射弁６２とアルコールを噴射するための噴射弁６４とを別々に備えたバイフューエルエンジンとして構成されている。
【００２２】
図１に示すように、燃料分離装置は主燃料タンク２を備えている。主燃料タンク２には外部から燃料を供給するための燃料供給口４が接続されている。燃料供給口４からはアルコール混合ガソリンが供給され、主燃料タンク２内にはアルコール混合ガソリンが貯留されている。主燃料タンク２には導管６が接続されている。導管６にはポンプ８が設けられ、ポンプ８は主燃料タンク２内のアルコール混合ガソリンを導管６に送り出している。
【００２３】
導管６の先端には切替弁１０が取り付けられている。この切替弁１０は２つの出口ポートを有する三方弁であり、各出口ポートには導管１２，１４が接続されている。その一方の導管１２はその先端を内燃機関６０のアルコール混合ガソリン噴射弁６２に接続されている。もう一方の導管１４はその先端を相分離タンク２４に接続されている。
【００２４】
相分離タンク２４の上部には、導管１８を介して水タンク１６が接続されている。水タンク１６は本発明にかかる「水貯留部」に相当する。水タンク１６は相分離タンク２４よりも高い位置にあって、水タンク１６内の水は導管１８を通って自然に相分離タンク２４内に流れ込むようになっている。導管１８には調整弁２０が設けられている。導管１８を通って相分離タンク２４に供給される水の量は、調整弁２０の開度及び開時間によって調整することができる。
【００２５】
アルコール混合ガソリンに水が添加されると、アルコール混合ガソリンはガソリンと水／アルコール混合液とに相分離する。ガソリンと水／アルコール混合液との比重の違いによって、相分離タンク２４内の液体は、ガソリンの層（上層）と水／アルコール混合液の層（下層）とに分かれる。相分離タンク２４は本発明にかかる「第１の分離部」に相当する。
【００２６】
相分離タンク２４の内部には、導管２６が配置されている。導管２６の吸込み口は相分離タンク２４の中程の高さに位置し、その先端は相分離タンク２４の壁面を介して外部の導管２８に接続されている。導管２８はその先端を主燃料タンク２に接続されている。導管２８にはポンプ３０が設けられ、ポンプ３０は相分離タンク２４の上層の液体、すなわち、ガソリンを主燃料タンク２に送り出している。
【００２７】
また、相分離タンク２４の底部には、導管３２が接続されている。導管３２はその先端を水／アルコール分離装置３６に接続されている。導管３２にはポンプ３４が設けられ、ポンプ３４は相分離タンク２４の下層の液体、すなわち、水／アルコール混合液を水／アルコール分離装置３６に送り出している。
【００２８】
水／アルコール分離装置３６は、分離膜を利用して水／アルコール混合液を水とアルコールとに分離する装置である。水／アルコール分離装置３６は本発明にかかる「第２の分離部」に相当する。水／アルコール分離装置３６には、分離した水を排出するポートと、分離したアルコールを排出するポートとが設けられている。水の排出ポートには導管３８が接続されている。この導管３８はその先端を水タンク１６に接続されている。一方、アルコールの排出ポートには導管４０が接続されている。この導管４０はその先端をアルコールタンク４２に接続されている。
【００２９】
アルコールタンク４２には水／アルコール分離装置３６で分離されたアルコールが貯留されている。アルコールタンク４２には導管４４が接続されている。導管４４はその先端を内燃機関６０のアルコール噴射弁６４に接続されている。導管４４にはポンプ４６が設けられ、ポンプ４６はアルコールタンク４２内のアルコールをアルコール噴射弁６４に送り出している。
【００３０】
燃料分離装置には、その動作を制御するための制御装置５０が設けられている。切替弁１０の切替方向や調節弁２０の開度、及びポンプ３０，３４の作動／停止は、この制御装置５０によって制御されている。また、制御装置５０は、車室内に配置された警報灯５６に信号を出力する機能も有している。
【００３１】
制御装置５０にはアルコール濃度センサ５２や水位センサ５４が接続されている。アルコール濃度センサ５２は主燃料タンク２に取り付けられ、主燃料タンク２内に貯留された燃料のアルコール濃度に応じた信号を出力している。水位センサ５４は水タンク１６に取り付けられ、水タンク１６内の水位に応じた信号を出力している。制御装置５０は、これらセンサ５２，５４の信号を利用して燃料分離装置の動作を制御している。
【００３２】
［燃料分離装置の動作と作用］
次に、本実施の形態での燃料分離装置の動作とその作用について具体的に説明する。まず、制御装置５０は、アルコール濃度センサ５２の信号から主燃料タンク２内に貯留された燃料がアルコール混合ガソリンか、或いは、通常のガソリンであるか判定する。アルコール混合ガソリンであると判断した場合は、所定の切替条件の成立時、切替弁１０を操作して導管６を導管１４に連通させる。この切替条件には、内燃機関６０にてアルコール混合ガソリンが使用されていないことが含まれる。切替弁１０の操作により、ポンプ８によって送り出されたアルコール混合ガソリンは相分離タンク２４に供給される。アルコール混合ガソリンの相分離タンク２４への供給量が所定量に達した時点で、制御装置５０は再び切替弁１０を操作し、導管６を導管１２に連通させる。
【００３３】
次に、制御装置５０は、調整弁２０を操作して水タンク１６の水を相分離タンク２４内に供給する。水の供給量は、アルコール混合ガソリンの供給量やその濃度に応じて、アルコール混合ガソリンからのアルコールの分離に十分な量に調整する。アルコール混合ガソリンに水を添加することで、ガソリン中に分散しているアルコールは水に溶解し、水／アルコール混合液となって相分離タンク２４の底に沈殿する。これにより、相分離タンク２４内の液体は、比重の軽いガソリンの層と、比重が重い水／アルコール混合液の層とに分離する。
【００３４】
制御装置５０は、ガソリンと水／アルコール混合液とが完全に２層に分離したタイミングでポンプ３０，３４を作動させる。ポンプ３０を作動させることで、相分離タンク２４内の上層にあるガソリンは導管２６，２８を通って主燃料タンク２に戻される。一方、相分離タンク２４内の下層にある水／アルコール混合液は導管３２を通って水／アルコール分離装置３６に供給される。
【００３５】
水／アルコール分離装置３６では、分離膜の作用によって水／アルコール混合液は水とアルコールとに分離される。分離されたアルコールはポンプ３４の圧力によって導管４０に押しされ、導管４０を通ってアルコールタンク４２に供給される。一方、分離された水はポンプ３４の圧力によって導管３８に押しされ、導管３８を通って再び水タンク１６に戻される。水タンク１６内の水の貯留量は、水位センサ５４と制御装置５０とによって監視されている。制御装置５０は、水の貯留量が所定量を下回ったときには、警告灯５６に信号を出力して警告灯５６を点灯させる。
【００３６】
［燃料分離装置の効果］
以上の説明からも明らかなように、本実施の形態の燃料分離装置によれば、アルコール混合ガソリンの分離に使用した水をアルコールから分離回収し、再びアルコール混合ガソリンの分離に使用することができる。したがって、大量の水を車両に搭載する必要はなく、水タンク１６は容積の小さなもので足りる。また、水は繰り返し使用することができるので、水を消費してしまう従来の装置に比較して水を補給する頻度は極めて少なく抑えられる。さらに、燃料であるアルコールを水と分離して使用できることから、噴射燃料に水が混じることによる燃焼の悪化を防止することもできる。
【００３７】
なお、本実施の形態の燃料分離装置では水の積極的な消費はないものの、蒸発などによる水の自然減は起こり得る。また、相分離タンク２４において一部の水／アルコール混合液が導管２６に吸い込まれて主燃料タンク２へ流れてしまう可能性もある。また、水／アルコール分離装置３６において一部の水がアルコールとともにアルコールタンク４２へ流れてしまう可能性もある。したがって、運転に伴って水タンク１６内の水の貯流量は僅かながら減少していくが、水の補給が必要になったら警告灯５６が点灯するので、ユーザは水の補給時期を知ることができる。
【００３８】
［内燃機関の燃焼制御］
次に、図１に示すエンジンシステムにおいて実施される内燃機関６０の燃焼制御の一例について説明する。上述のように、本実施の形態の燃料分離装置によれば、分離膜を用いた水／アルコール分離装置３６によって燃料であるアルコールを水と分離して使用することができる。しかし、分離膜の機能は使用に伴って徐々に低下する。このため、分離膜の機能の低下によってアルコールタンク４２に水分が流れこみ、水分を含んだアルコールがアルコール噴射弁６４から噴射される可能性がある。以下に説明する内燃機関６０の燃焼制御は、アルコールに水分が含まれる場合において、アルコールタンク４２内のアルコールを効果的に使用するための燃焼制御である。
【００３９】
図２のフローチャートは、本実施の形態で実施される内燃機関６０の燃焼制御のルーチンを示している。内燃機関６０の燃焼制御は、制御装置５０によって実施される。図２に示すルーチンでは、内燃機関６０の燃焼制御と併せて燃料分離装置の分離禁止／許可の制御も行われる。
【００４０】
図２に示すルーチンの最初のステップＳ２では、燃料分離装置による燃料分離が禁止状態か否か判定される。燃料分離禁止フラグがＯＮになっていれば、燃料分離装置による燃料分離は禁止される。初期状態では燃料分離禁止フラグはＯＦＦであり、後述する条件の成立によってＯＮにされる。
【００４１】
燃料分離禁止フラグがＯＦＦであれば、ステップＳ４に進んで燃料分離装置による燃料分離が実行される。まず、アルコール混合ガソリンが主燃料タンク２から相分離タンク２４に供給され、それと同時に或いはそれに続いて、水タンク１６の水が相分離タンク２４内に供給される。アルコール混合ガソリンに水を添加することで、ガソリン中に分散しているアルコールは水に溶解し、水／アルコール混合液となって相分離タンク２４の底に沈殿する。続いて、相分離タンク２４内の下層にある水／アルコール混合液を水／アルコール分離装置３６に供給し、分離膜の作用によって水／アルコール混合液を水とアルコールとに分離させる。なお、以上説明した燃料分離装置の燃料分離動作は、所定の実施条件が成立したときに実施される。
【００４２】
ステップＳ６では、分離膜による水／アルコール混合液の分離が完了したか否か判定される。ただし、分離の完了を判定する基準には限定はない。例えば、ポンプ３０，３４の作動によって相分離タンク２４内の液体の量が所定量まで減少した時点を分離完了時点とみなしてもよい。或いは、所定量のアルコールが得られた時点を分離完了時点とみなしてもよい。分離が完了するまでは以降のステップの処理は行われない。
【００４３】
分離膜による水／アルコール混合液の分離が完了したら、ステップＳ８の処理が実施される。ステップＳ８では、アルコールタンク４２内のアルコールのみを用いて内燃機関６０のストイキ運転が実施される。このストイキ運転では、スロットル開度は所定の一定開度に設定される。そして、図示しない排気ガスセンサ（空燃比センサ、或いは酸素濃度センサ）の出力信号に基づくフィードバック制御により、排気ガスの空燃比がストイキになるようにアルコール噴射弁６４のアルコール噴射量が調整される。フィードバック制御によってアルコール噴射量が一定値に収束したら、その値をメモリに記憶する。
【００４４】
次のステップＳ１０では、ストイキ運転の結果からアルコールタンク４２内のアルコールに含まれる水分の割合が計算される。アルコールに水分が含まれる場合、空燃比をストイキにするために必要なアルコール噴射量は、完全な無水アルコールを使用する場合のアルコール噴射量に比較して含まれる水の分だけ多くなる。したがって、実際のアルコール噴射量をＱf、無水アルコールを使用する場合のアルコール噴射量をＱeとすると、水分割合Ｒwは次の（１）式によって表すことができる。なお、無水アルコールを使用してストイキを実現する場合のアルコール噴射量Ｑeは、吸入空気量から計算することができる。
Ｒw ＝ １−Ｑe／Ｑf  ・・・（１）
【００４５】
図３はストイキ時のアルコール噴射量Ｑfと水分割合Ｒwとの関係を示している。制御装置５０には、この関係がマップデータとして記憶されている。ステップＳ８でメモリに記憶したアルコール噴射量の値を図３に示すマップに当てはめることで、アルコールタンク４２内のアルコールの水分割合を算出することができる。
【００４６】
以下のステップでは、ステップＳ１０で計算されたアルコールの水分割合に応じて、燃料としてのアルコールの使用規則の変更が行われる。まず、ステップＳ１２では、アルコールの水分割合が所定値αよりも大きいか否か判定される。アルコールの水分割合が所定値α以下の場合、つまり、アルコールへの水分の混入が極僅かの場合には、通常の使用規則に従ってアルコールタンク４２内のアルコールが使用される。ここでいう通常の使用規則とは、アルコールに水分が含まれていない前提での使用規則、つまり、アルコール本来のポテンシャルを発揮させるための使用規則である。
【００４７】
水分割合が所定値αよりも大きい場合には、続いて、ステップＳ１４の判定が実施される。ステップＳ１４では、アルコールの水分割合が所定値βよりも小さいか否か判定される。所定値βは所定値αよりも大きい値である。本実施の形態にかかる内燃機関６０の燃焼制御では、アルコールの水分割合が所定値αを超える場合であっても所定値βを超えていなければ、アルコールタンク４２内のアルコールを燃料として使用する。ただし、上述のように、その使用規則は次のように変更する。
【００４８】
ステップＳ１６では、現時点或いはこれからの内燃機関６０の運転域がリーンバーン運転を行う運転域か否か判定される。通常の使用規則に従えば、リーンバーン運転域では二つの噴射弁６２，６４がともに駆動されてアルコール混合ガソリンとアルコールとが燃料として使用される。しかし、アルコールに含まれる水分が多いとリーンバーン運転時の燃焼状態が悪化し、燃焼変動に伴うトルク変動や排気性能の悪化を招く可能性がある。図４には水分がリーンバーン運転時の燃焼状態に与える影響を示している。
【００４９】
そこで、アルコールの水分割合が所定値αからβの範囲にあって、且つ、リーンバーン運転域では、ステップＳ１８の処理が選択される。ステップＳ１８では、リーンバーン運転域でのアルコールの噴射が禁止され、アルコール混合ガソリンのみによるリーンバーン運転に切り替えられる。この処理により、水分の影響によるリーンバーンの悪化を前もって防止することができる。
【００５０】
内燃機関６０の運転域がリーンバーン運転域でない場合は、続いてステップＳ２０の判定が行われる。ステップＳ２０では、現時点或いはこれからの内燃機関６０の運転域がストイキ運転を行う運転域であって、且つ、高負荷域か否か判定される。通常の使用規則に従えば、ストイキ運転域では二つの噴射弁６２，６４がともに駆動されてアルコール混合ガソリンとアルコールとが燃料として使用される。図４からも分かるように、ストイキ運転の場合、水分が燃焼状態に与える影響はリーンバーンに比較して小さい。寧ろ、アルコールに水分が含まれている場合には、高負荷時において水分による冷却効果が期待できる。図５にはアルコールの水分割合とノック改善効果との関係について示している。
【００５１】
そこで、アルコールの水分割合が所定値αからβの範囲にあり、ストイキ且つ高負荷域では、ステップＳ２２の処理が選択される。ステップＳ２２では、アルコールの使用割合、つまり、総燃料噴射量に対するアルコール噴射量の割合が通常の使用規則による使用割合よりも増大側に補正される。この処理により、アルコールに含まれる水分の冷却効果によって筒内温度を低下させることができ、高負荷時のノックを改善することが可能になる。なお、ストイキ運転域ではあるが高負荷域ではない場合には、通常の使用規則に従ってアルコールの使用割合が決定される。
【００５２】
ステップＳ１４の判定の結果、アルコールの水分割合が所定値β以上となっている場合、つまり、アルコールへの水分の混入が多大になった場合には、分離膜の機能の低下が著しいと判断することができる。その場合には、ステップＳ２４及びステップＳ２６の処理が選択される。ステップＳ２４では、上述の燃料禁止フラグがオンにされる。これにより、それ以降の燃料分離装置による燃料分離は禁止され、水分を多く含んだアルコールが燃料として製造されることは停止される。また、ステップＳ２６では、警告灯５６に信号を出力して警告灯５６を点灯させる。警告灯５６が点灯することで、ユーザは水／アルコール分離装置３６の故障を知ることができる。
【００５３】
以上説明したように、本実施の形態にかかる内燃機関６０の燃焼制御によれば、アルコールに含まれる水分の割合に応じて、燃料としてのアルコールの使用規則を変更することができる。これによれば、水／アルコール分離装置３６における水とアルコールとの分離が完全ではない場合であっても、アルコールの燃料性状に応じた最適な燃焼制御を実現することができる。
【００５４】
なお、本実施の形態では、図２に示すルーチンのステップＳ８及びＳ１０の処理が実行されることで、第３の発明の「水分割合計算手段」が実現されている。また、ステップＳ１２，Ｓ１４，Ｓ１６，Ｓ１８，Ｓ２０及びＳ２２の処理が実行されることで、第３乃至第５の発明の「アルコール使用規則変更手段」が実現されている。また、ステップＳ１４及びＳ２４の処理が実行されることで、第６の発明の「分離禁止手段」が実現され、ステップＳ１４及びＳ２６の処理が実行されることで、第７の発明の「水分割合監視手段」が実現されている。
【００５５】
［その他］
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において変形して実施することもできる。例えば、次のように変形して実施してもよい。
【００５６】
主燃料タンク２とは別にガソリン専用のガソリンタンクを備え、相分離タンク２４で分離したガソリンをガソリンタンクに貯留するようにしてもよい。これによれば、燃料として、アルコール混合ガソリン、アルコール、そしてガソリンの三種類を使用することが可能になる。なお、本発明に関しては、各燃料の使用方法には限定はない。それぞれに適した用途で使用すればよい。例えば、アルコールはオクタン価が高く耐ノック性に優れるので、ノックが検出されたらアルコールを噴射する等の使用方法も可能である。
【００５７】
また、上記実施の形態では、燃料分離装置はアルコール混合ガソリンを分離する装置として構成されているが、本発明にかかる燃料分離装置は、ガソリン以外の炭化水素系燃料とアルコールとの混合燃料を分離する装置として構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施の形態としての燃料分離装置とそれを用いたエンジンシステムの構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態で実施される内燃機関の燃焼制御のルーチンを示すフローチャートである。
【図３】ストイキ時のアルコール噴射量とその水分割合との関係を示す図である。
【図４】水分がリーンバーン運転時の燃焼状態に与える影響を示す図である。
【図５】水分によるノック改善効果について示す図である。
【符号の説明】
【００５９】
２  主燃料タンク
１０  切替弁
１６  水タンク
２０  調整弁
２４  相分離タンク
３６  水／アルコール分離装置
４２  アルコールタンク
５０  制御装置
５２  アルコール濃度センサ
５４  水位センサ
５６  警告灯
６０  内燃機関
６２  アルコール混合ガソリン噴射弁
６４  アルコール噴射弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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