(57)【要約】    【課題】  燃料から沸点及びオクタン価（着火性）の異なる成分を分離する。    【解決手段】  燃料配管２内に円筒状に形成した分離膜６を設けて、その内側を絞り通路４とすると共に、分離膜６の内周面をスーパーキャビテーション（Ｓ／Ｃ）発生部５とする。また分離膜６の外周側（透過側；低オクタン価燃料を分離）から外部へ延びる燃料取出通路７には、吸引ポンプ９が設けられている。更に吸引ポンプ９の上流側の燃料取出通路７からは分岐通路１１が分岐している。制御手段（ＥＣＵ）は、流量調節装置３により燃料配管２内の燃料流量を調節することでＳ／Ｃの発生を制御し、Ｓ／Ｃ発生時には吸引ポンプ９を作動させて燃料取出通路７により低沸点燃料を回収し、Ｓ／Ｃ非発生時には吸引ポンプ９を停止して分岐通路１１により高沸点燃料を回収する。【選択図】  図１
2009156237.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料配管に設けられ、スーパーキャビテーションを発生可能なスーパーキャビテーション発生部と、
このスーパーキャビテーション発生部に設けられ、前記スーパーキャビテーション発生部の燃料を分子構造に応じて透過もしくは非透過することで燃料を分離する分離膜と、
この分離膜を透過する燃料を取り出す燃料取出通路と、
この燃料取出通路に設けられ、前記透過燃料を吸引する負圧吸引手段と、を備えることを特徴とする燃料分離装置。
【請求項２】
前記スーパーキャビテーション発生部でのスーパーキャビテーションの発生を制御する制御手段を備えることを特徴とする請求項１記載の燃料分離装置。
【請求項３】
前記負圧吸引手段より上流側の前記燃料取出通路から分岐する分岐通路を備え、
前記制御手段は、スーパーキャビテーション発生時には前記負圧吸引手段を作動させて前記燃料取出通路により低沸点燃料を回収し、スーパーキャビテーション非発生時には前記負圧吸引手段を停止して前記分岐通路により高沸点燃料を回収することを特徴とする請求項２記載の燃料分離装置。
【請求項４】
スーパーキャビテーションの発生を検知するスーパーキャビテーション発生検知手段を備え、前記制御手段は、前記スーパーキャビテーション発生検知手段にてスーパーキャビテーションの発生を検知してから所定時間を経過した後に、前記負圧吸引手段を作動させることを特徴とする請求項３記載の燃料分離装置。
【請求項５】
前記燃料配管内の燃料流量を調節する流量調節手段を備え、前記制御手段は、前記流量調節手段の作動を制御することにより、前記スーパーキャビテーション発生部でのスーパーキャビテーションの発生を制御することを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれか１つに記載の燃料分離装置。
【請求項６】
前記分離膜は、前記燃料配管の燃料流量が多くなるほど、前記透過燃料の着火性が高くなる特性を有し、前記制御手段は、前記透過燃料の着火性を高くする場合には前記流量調節手段を用いて前記燃料流量を増加させ、前記透過燃料の着火性を低くする場合には前記流量調節手段を用いて前記燃料流量を減少させる制御を行うことを特徴とする請求項５記載の燃料分離装置。
【請求項７】
前記燃料配管を流れる燃料は少なくとも直鎖系炭化水素を含む燃料であって、前記分離膜は直鎖系炭化水素を透過させ、前記直鎖系炭化水素以外の炭化水素は非透過とさせる特性を有することを特徴とする請求項６記載の燃料分離装置。
【請求項８】
前記負圧吸引手段は、前記燃料配管を一方として、これとは独立した他方の燃料配管に設けられたスーパーキャビテーション発生部であり、前記一方の燃料配管を流れる燃料の飽和蒸気圧は、前記他方の燃料配管を流れる燃料の飽和蒸気圧に比べて高いことを特徴とする請求項１記載の燃料分離装置。
【請求項９】
前記一方の燃料配管を流れる燃料はガソリンであり、前記他方の燃料配管を流れる燃料は軽油であることを特徴とする請求項８記載の燃料分離装置。
【請求項１０】
前記一方の燃料配管のスーパーキャビテーション発生部でのスーパーキャビテーションの発生と、前記他方の燃料配管のスーパーキャビテーション発生部でのスーパーキャビテーションの発生とを制御する制御手段を備えることを特徴とする請求項８又は請求項９記載の燃料分離装置。
【請求項１１】
前記一方の燃料配管と前記他方の燃料配管とは、各燃料配管ごとに、各々の燃料流量を調節する流量調節手段を備え、前記制御手段は、前記流量調節手段の作動を制御することにより、前記一方の燃料配管のスーパーキャビテーション発生部でのスーパーキャビテーションの発生と、前記他方の燃料配管のスーパーキャビテーション発生部でのスーパーキャビテーションの発生とを制御することを特徴とする請求項１０記載の燃料分離装置。
【請求項１２】
前記制御手段は、前記一方の燃料配管のスーパーキャビテーション発生部での燃料圧力が、前記他方の燃料配管のスーパーキャビテーション発生部での燃料圧力に比べて小さい場合、前記一方の燃料配管の流量調節手段を用いて前記一方の燃料配管の燃料流量を減少させる制御を行うことを特徴とする請求項１１記載の燃料分離装置。
【請求項１３】
前記分離膜は、前記一方の燃料配管の燃料流量が多くなるほど、前記透過燃料の着火性が高くなる特性を有し、前記制御手段は、前記透過燃料の着火性を高くする場合には前記一方の燃料配管の前記流量調節手段を用いて前記一方の燃料配管の燃料流量を増加させ、前記透過燃料の着火性を低くする場合には前記一方の燃料配管の前記流量調節手段を用いて前記一方の燃料配管の燃料流量を減少させる制御を行うことを特徴とする請求項１１又は請求項１２記載の燃料分離装置。
【請求項１４】
前記一方の燃料配管を流れる燃料は少なくとも直鎖系炭化水素を含む燃料であって、前記分離膜は直鎖系炭化水素を透過させ、前記直鎖系炭化水素以外の炭化水素は非透過とさせる特性を有することを特徴とする請求項１３記載の燃料分離装置。
【請求項１５】
前記スーパーキャビテーション発生部は、前記燃料配管の一部に前記燃料配管より小断面積に形成された絞り通路の内側に設けられることを特徴とする請求項１〜請求項１４のいずれか１つに記載の燃料分離装置。
【請求項１６】
前記絞り通路は、複数並列に設けられることを特徴とする請求項１５記載の燃料分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料分離装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料から性状の異なる成分を分離する方法として、燃料の蒸留特性を用いた方法が知られている。しかし、この蒸留特性を用いた燃料分離方法では、燃料を蒸発させる必要があり、この蒸発の際に多くのエネルギーを消費するので、この燃料分離方法を、エンジンを駆動源にした車両に適用することは困難である。
【０００３】
そこで特許文献１記載の脱気装置では、キャビテーションの一形態であるスーパーキャビテーション（液体流路内にて液体の飽和蒸気圧に近い極低圧の停留空洞が発生する現象）を用い、燃料配管の内周面にてスーパーキャビテーションにより形成された空洞内に液体燃料中の気体を析出させ、この析出した気体を真空ポンプにより連続的に脱気（分離）している。
【０００４】
一方、特許文献２記載の給油装置では、オクタン価（ＲＯＮ）の低い燃料と高い燃料とに分離可能な分離手段と、この分離手段にて分離されたオクタン価の低い燃料からオクタン価の高い燃料へ燃料改質する改質手段とを備えることで、供給燃料に比べオクタン価の高い燃料を得ている。
【特許文献１】特開２００７−０２１５００号公報
【特許文献２】特開２００６−０７０１４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えばディーゼルエンジンの場合、低温始動時には、沸点が低く、かつ、オクタン価の低い燃料を使用すると、燃料の着火性が向上するので、不完全燃焼によるすすの発生などを抑制することが可能である。この場合において、特許文献１に記載の技術を用いて供給燃料から沸点の低い燃料を分離し、さらに、特許文献２に記載の技術を用いて、沸点の低い燃料からオクタン価の低い燃料を分離することにより、供給燃料に比べ沸点が低く、かつ、オクタン価の低い燃料を分離するという方法も考えられる。しかしながら、この方法にて供給燃料から沸点及びオクタン価の異なる燃料を分離しようとした場合、燃料分離装置が大きくなるので、この装置を車両に搭載するときにレイアウト上の問題が生じる。
【０００６】
本願発明は、このような問題に鑑みなされたものであり、供給燃料から沸点及びオクタン価（着火性）の異なる燃料を分離する、コンパクトな燃料分離装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そのため本発明では、燃料配管に設けられ、スーパーキャビテーションを発生可能なスーパーキャビテーション発生部と、スーパーキャビテーション発生部に設けられ、スーパーキャビテーション発生部の燃料を分子構造に応じて透過もしくは非透過することで燃料を分離する分離膜と、分離膜を透過する燃料を取り出す燃料取出通路と、燃料取出通路に設けられ、透過燃料を吸引する負圧吸引手段と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、燃料配管のスーパーキャビテーション発生部にて、供給燃料から沸点の低い燃料を分離し、キャビテーション発生部に設けられた分離膜にて、沸点の低い燃料からオクタン価（着火性）の異なる燃料を分離することにより、分離膜の透過側から、供給燃料に比べ沸点が低く、かつ、オクタン価の異なる燃料を取り出すことができる。また、燃料配管内に分離膜が設けられているので、分離膜を燃料配管外に設ける場合に比べ、コンパクトな燃料分離装置にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の第１の実施形態における燃料分離装置の構成図である。
エンジンを駆動源にする車両に備えられた燃料タンク１には、外部から供給された燃料（供給燃料）が貯留されている。ここで、供給燃料の具体例として、ガソリン、エタノール混合ガソリン、軽油、合成軽油（ＧＴＬ；Gas To Liquid）、バイオディーゼル燃料混合軽油などが考えられる。
【００１０】
燃料タンク１には燃料配管２の両端が接続しており、この燃料配管２を介して、供給燃料が循環可能になっている。
燃料配管２には、この配管内の燃料流量を調節する流量調節装置（流量調節手段）３が備えられている。この流量調節装置３は、循環ポンプ（図示せず）と流量制御弁（図示せず）とにより構成され、この流量制御弁の開度を制御することにより、燃料配管２内の燃料流量を調節する。ここで流量調節装置３は上述の他、循環ポンプのみにて構成し、この循環ポンプの回転数を制御することにより、燃料配管２内の燃料流量を調節してもよい。また流量調節装置３は、燃料配管２の内周面近傍にて供給燃料が乱流になるように燃料流量を調節している。
【００１１】
また燃料配管２には、その一部に断面積を急激に縮小させた一定の長さの絞り通路４が設けられている。燃料配管２を流れる供給燃料は、この絞り通路４にて流速（動圧）が急激に上昇するので、これに伴い、絞り通路４を流れる供給燃料の圧力（静圧）が急激に低下する。このため、絞り通路４を流れる供給燃料の圧力（静圧）が供給燃料に含まれる蒸気圧の高い燃料（低沸点燃料）の飽和蒸気圧を下回ると、この低沸点燃料が気化し始め、絞り通路４の上流側端部４ａ（剥離点）より下流側の絞り通路４の内周面に、低沸点燃料を含む停留空洞が形成される。この停留空洞を発生させる現象がスーパーキャビテーションであり、このスーパーキャビテーションを発生可能な絞り通路４の内周面が、スーパーキャビテーション発生部５になる。
【００１２】
絞り通路４の内周面（スーパーキャビテーション発生部５）は、燃料の分子構造に応じて透過・非透過することで燃料を分離する分離膜６で構成されている。即ち、燃料配管２内に円筒状に形成した分離膜６を設けて、その内側を絞り通路４とし、また分離膜６の内周面をスーパーキャビテーション発生部５とする。そして、分離膜６の外周側は、分離膜６を介して燃料配管２内の燃料流路と隔てられた燃料取出空間とし、この燃料取出空間を燃料配管２外壁に設けた開口により開口させて、外部への燃料取出通路７としてある。
【００１３】
分離膜６は、本実施形態において、燃料のうち、直鎖系炭化水素燃料（ノルマルパラフィン系炭化水素燃料）を透過し、直鎖系炭化水素以外の炭化水素燃料（環状炭化水素燃料、オレフィン系炭化水素燃料、側鎖系炭化水素燃料など）を非透過とする特性を有するものであり、具体的には、ゼオライト膜などを用いている。この特性により、本実施形態においては、分離膜６の透過側（外周側）にて、燃料取出通路７を介して、供給燃料に比べオクタン価の低い（着火性の高い）燃料を取り出すことが可能である。ここで、燃料取出通路７にて取り出される燃料は、スーパーキャビテーションの発生時は、蒸気圧の高い燃料（低沸点燃料）であり、スーパーキャビテーションの非発生時は、蒸気圧の低い燃料（高沸点燃料）である。
【００１４】
燃料取出通路７には、圧力センサ（スーパーキャビテーション発生検知手段）８が備えられており、この圧力センサ８の出力信号に基づいて、絞り通路４の内周面（スーパーキャビテーション発生部５）にてスーパーキャビテーションが発生しているか否かの判定をすることが可能である。即ち、スーパーキャビテーションの発生時は、燃料取出通路７が主に気体で満たされている一方、スーパーキャビテーションの非発生時は、燃料取出通路７が主に液体で満たされているので、これら気体と液体との圧力差に基づいて、スーパーキャビテーションの発生の有無が判定可能になる。
【００１５】
燃料取出通路７は、燃料を吸引する吸引ポンプ（負圧吸引手段）９を介して、第１の透過側燃料タンク１０に接続している。また、吸引ポンプ９より上流側の燃料取出通路７から分岐する分岐通路１１が備えられており、この分岐通路１１は、逆止弁１２を介して第２の透過側燃料タンク１３に接続する。
【００１６】
上述した流量調節装置３及び吸引ポンプ９は、制御手段であるエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ；図示せず）により作動制御される。またＥＣＵには、上述の圧力センサ８からの信号の他、エンジン回転数やエンジントルクなどエンジンの運転状態に関する信号が入力される。
【００１７】
次に、本実施形態における燃料の分離方法について、図２に基づいて説明する。
図２は、本実施形態における燃料分離制御のフローチャートである。
ＥＣＵは、ステップＳ１０１にて、供給燃料から分離する燃料（要求燃料）が低沸点燃料であるか否かの判定を行う。ここで、要求燃料の判定は、第１の透過側燃料タンク１０及び第２の透過側燃料タンク１３の燃料残量に応じて行う他、エンジンの運転状態に応じて行うことも可能である。
【００１８】
ステップＳ１０１にて要求燃料が低沸点燃料であると判定された場合は、ステップＳ１０２に進み、流量調節装置３を用いて、スーパーキャビテーション（Ｓ／Ｃ）発生時の燃料流量制御を行う。尚、このときの燃料流量は、後述するスーパーキャビテーション（Ｓ／Ｃ）非発生時の燃料流量に比べ、多くなるように設定される。
【００１９】
この後、ステップＳ１０３に進み、圧力センサ８からの出力信号に基づき、スーパーキャビテーション（Ｓ／Ｃ）が発生しているか否かの判定を行う。スーパーキャビテーション（Ｓ／Ｃ）が発生していなければ、ステップＳ１０３に戻り、再度判定を行う。スーパーキャビテーション（Ｓ／Ｃ）が発生していれば、ステップＳ１０４に進む。
【００２０】
ステップＳ１０４では、スーパーキャビテーション（Ｓ／Ｃ）が発生してから、予め設定された所定時間を経過しているか否かの判定を行う。ここで所定時間とは、スーパーキャビテーション（Ｓ／Ｃ）が発生した後、燃料取出通路７に残留した高沸点燃料がスーパーキャビテーション（Ｓ／Ｃ）発生部５にて生じた負圧により燃料配管２側へ吸い出されるまでの時間である。所定時間が経過していなければ、ステップＳ１０４に戻り、再度判定を行う。所定時間が経過していれば、ステップＳ１０５に進む。
【００２１】
ステップＳ１０５では、吸引ポンプ９を作動させる。これにより、燃料取出通路７を介して第１の透過側燃料タンク１０に低沸点・低オクタン価燃料が回収される。
また、ステップＳ１０１にて要求燃料が低沸点燃料ではないと判定された場合（即ち、要求燃料が高沸点燃料であると判定された場合）は、ステップＳ１１２に進み、流量調節装置３を用いて、スーパーキャビテーション（Ｓ／Ｃ）非発生時の燃料流量制御を行う。尚、このときの燃料流量は、上述したスーパーキャビテーション（Ｓ／Ｃ）発生時の燃料流量に比べ、少なくなるように設定される。これにより、燃料配管２内にスーパーキャビテーション（Ｓ／Ｃ）は発生しない。
【００２２】
この後、ステップＳ１１３に進み、吸引ポンプ９を停止する。このとき、絞り通路４の内周面（スーパーキャビテーション発生部５）の燃料圧力は、燃料取出通路７の燃料圧力に比べて高いので、これら燃料圧力の差により供給燃料が分離膜６にて分離され、燃料取出通路７から分岐通路１１を介して第２の透過側燃料タンク１３に高沸点・低オクタン価燃料が回収される。
【００２３】
このようにして、２つの燃料タンク（第１の透過側燃料タンク１０、第２の透過側燃料タンク１３）にはそれぞれ異なる沸点の燃料が回収される。これら燃料と、燃料タンク１に貯留されている燃料とは、エンジンの運転状態に応じて選択され、図示しない燃料供給手段を介してエンジンに供給される。
【００２４】
尚、本実施形態においては、分離膜６の透過側燃料を多く取り出すほど、燃料配管２を流れる燃料（及び燃料タンク１に貯留される燃料）のオクタン価が高くなる。これは、分離膜６の透過側燃料のオクタン価が、燃料配管２を流れる燃料のオクタン価に比べて低いので、分離膜６の透過側燃料を多く取り出すほど、燃料配管２を流れる燃料に含まれる低オクタン価燃料の比率が低下し、相対的に高オクタン価燃料の比率が増加するからである。
【００２５】
本実施形態によれば、燃料配管２に設けられ、スーパーキャビテーションを発生可能なスーパーキャビテーション発生部５と、スーパーキャビテーション発生部５に設けられ、スーパーキャビテーション発生部５の燃料を分子構造に応じて透過もしくは非透過することで燃料を分離する分離膜６と、分離膜を透過する燃料を取り出す燃料取出通路７と、燃料取出通路７に設けられ、透過燃料を吸引する負圧吸引手段（吸引ポンプ９）とを備えるので、コンパクトな装置にて、供給燃料から低沸点・低オクタン価燃料を取り出すことができる。また、スーパーキャビテーション発生部５に分離膜６が設けられていることにより、分離膜６のスーパーキャビテーション発生部５に対応する側の表面に燃料の乱流域が形成されるので、分離膜６にて効率よく燃料分離を行うことができる。
【００２６】
また本実施形態によれば、スーパーキャビテーション発生部５でのスーパーキャビテーションの発生を制御する制御手段（ＥＣＵ）と、負圧吸引手段（吸引ポンプ９）より上流側の燃料取出通路７から分岐する分岐通路１１とを備え、制御手段（ＥＣＵ）は、スーパーキャビテーション発生時には負圧吸引手段（吸引ポンプ９）を作動させて燃料取出通路７により低沸点燃料を回収し、スーパーキャビテーション非発生時には負圧吸引手段（吸引ポンプ９）を停止して分岐通路１１により高沸点燃料を回収するを備えているので、分離膜６の透過側に吸引ポンプ９を複数備えることなく、供給燃料から高沸点・低オクタン価燃料と低沸点・低オクタン価燃料とを分離することができると共に、燃料タンク１に貯留された燃料のオクタン価を向上させることができる。また、これら３種類の燃料（供給燃料，高沸点・低オクタン価燃料，低沸点・低オクタン価燃料）を使い分けることにより、圧縮着火燃焼や火炎伝播燃焼など、あらゆる燃焼形態に応じた燃料をエンジンに供給することが可能になるので、エンジンの低燃費かつ低エミッションを実現することができる。更に、エンジンでの燃焼形態が圧縮着火燃焼や火花点火燃焼である場合、エンジンの燃焼室温度が十分に高いときは高沸点燃料を用い、エンジンの低温始動時は低沸点燃料を用いるというように燃焼室の温度に応じてエンジンに供給する燃料を使い分けたり、燃焼室中心部では高沸点燃料を用い、燃焼室壁面近傍の低温域では低沸点燃料を用いるというように燃焼室内の位置に応じて燃料を使い分けたりすることが可能であるので、燃焼室内にて良好な燃焼を実現することができ、すすの発生などを抑制することができる。
【００２７】
また本実施形態によれば、スーパーキャビテーションの発生を検知するスーパーキャビテーション発生検知手段（圧力センサ８）を備え、制御手段（ＥＣＵ）は、スーパーキャビテーション発生検知手段（圧力センサ８）にてスーパーキャビテーションの発生を検知してから所定時間を経過した後に、吸引ポンプ９を作動させるので、スーパーキャビテーションが発生した後、所定時間が経過するまでの間に、スーパーキャビテーション発生部５にて生じた負圧により、燃料取出通路７に残留した高沸点燃料が燃料配管２側へ吸い出されるため、スーパーキャビテーション発生部５から取り出される低沸点燃料に、高沸点燃料が混入するのを抑制することができる。
【００２８】
また本実施形態によれば、燃料配管２内の燃料流量を調節する流量調節手段（流量調節装置３）を備え、制御手段（ＥＣＵ）は、流量調節手段（流量調節装置３）の作動を制御することにより、スーパーキャビテーション発生部５でのスーパーキャビテーションの発生を制御するので、燃料流量を多くすることによりスーパーキャビテーションを発生させて低沸点燃料を分離し、燃料流量を少なくすることによりスーパーキャビテーションを発生させずに高沸点燃料を分離することができる。
【００２９】
また本実施形態によれば、スーパーキャビテーション発生部５は、燃料配管２の一部に燃料配管２より小断面積に形成された絞り通路４の内側であるので、簡易な構成にて安定したスーパーキャビテーションを発生させることができる。
【００３０】
尚、本実施形態では、分離膜６の透過側に燃料タンクを複数備え、分離膜６を透過側した燃料は、これら燃料タンクを介してエンジンに供給されているが、この他、透過燃料は、これら燃料タンクを介さずに直接エンジンに供給されるようにしてもよい。
【００３１】
次に、本発明の第２の実施形態について、図３及び図４に基づいて説明する。
尚、本実施形態において用いられる燃料分離装置の構成は、上述した第１の実施形態と同様であるが、本実施形態では、ＥＣＵは、要求燃料のオクタン価（着火性）に応じ、流量調節装置３を介して、燃料配管２内の燃料流量を調節することが可能である。
【００３２】
図３及び図４は、本実施形態における燃料配管内の燃料流量と、供給燃料のオクタン価及び分離膜透過燃料のオクタン価との関係を示す図である。ここで、図３は、供給燃料としてガソリンを用いた場合の一例であり、図４は、供給燃料として軽油を用いた場合の一例である。また、図中の実線は供給燃料を示し、一点鎖線はスーパーキャビテーション（Ｓ／Ｃ）非発生時の透過燃料を示し、二点鎖線はスーパーキャビテーション（Ｓ／Ｃ）発生時の透過燃料を示す。
【００３３】
図３及び図４において、燃料配管２内にてスーパーキャビテーション（Ｓ／Ｃ）が発生していない場合（即ち、燃料配管２内の燃料流量が低流量域である場合）、燃料流量の変化に対して、透過燃料（一点鎖線）のオクタン価は一定である。
【００３４】
これに対し、燃料配管２内にてスーパーキャビテーション（Ｓ／Ｃ）が発生している場合（即ち、燃料配管２内の燃料流量が中・高流量域である場合）、燃料流量が多くなるほど、透過燃料（二点鎖線）のオクタン価は低くなる。この理由を以下に説明する。
【００３５】
燃料流量が多くなるほど、燃料圧力（静圧）が低くなるため、スーパーキャビテーションにより形成された停留空洞内の負圧が強化される。これに伴い、停留空洞内に析出する燃料中に、飽和蒸気圧の低い（沸点の高い）燃料が多く含まれるようになる。ここで、停留空洞内に析出した燃料のうち分離膜６を透過する燃料は、上述の通り、直鎖系炭化水素燃料（ノルマルパラフィン系炭化水素燃料）であり、この燃料は一般的に、その炭素数が大きくなるほど、沸点が高くなり、オクタン価が低くなる特性を有する。このため、停留空洞内に析出する燃料中に、沸点の高い燃料が多く含まれるほど、透過燃料には炭素数の大きな直鎖系炭化水素燃料が含まれることになり、透過燃料のオクタン価は低下する。従って、燃料流量が多くなるほど、スーパーキャビテーションの停留空洞内の負圧が強化され、この停留空洞内に析出される燃料中に、沸点の高い燃料が多く含まれるようになり、透過燃料には炭素数の大きな直鎖系炭化水素燃料が含まれるようになるので、透過燃料のオクタン価は低くなる。具体的には、供給燃料にガソリンを用いた場合（図３参照）、燃料流量が多くなるほど、透過燃料は、炭素数４（ｎ−ブタン）のみのものから、炭素数４（ｎ−ブタン），炭素数５（ｎ−ペンタン），炭素数６（ｎ−ヘキサン）及び炭素数７（ｎ−ヘプタン）を含むものへ連続的にシフトしていくので、透過燃料のオクタン価は低くなる。また、供給燃料に軽油を用いた場合（図４参照）、燃料流量が多くなるほど、透過燃料は、炭素数１０（ｎ−デカン）のみのものから、炭素数１０（ｎ−デカン），炭素数１５（ｎ−ペンタデカン），炭素数１６（ｎ−ヘキサデカン）及び炭素数２０（ｎ−エイコサン）を含むものへ連続的にシフトしていくので、透過燃料のオクタン価は低くなる。
【００３６】
尚、本実施形態において、スーパーキャビテーション発生時の透過燃料を貯留する燃料タンク（第１の透過側燃料タンク１０）は単数に限らず、所望のオクタン価（着火性）に応じて複数備えてもよい。また、透過燃料を直接エンジンに供給するようにしてもよい。
【００３７】
特に本実施形態によれば、分離膜６は、燃料配管２の燃料流量が多くなるほど、透過燃料の着火性が高くなる（オクタン価が低くなる）特性を有し、制御手段（ＥＣＵ）は、透過燃料の着火性を高くする（オクタン価を低くする）場合には流量調節手段（流量調節装置３）を用いて燃料流量を増加させ、透過燃料の着火性を低くする（オクタン価を高くする）場合には流量調節手段（流量調節装置３）を用いて燃料流量を減少させる制御を行うので、あらゆる燃焼形態に応じた燃料をエンジンに供給することが可能になり、エンジンの低燃費かつ低エミッションを実現することができる。
【００３８】
また本実施形態によれば、燃料配管２を流れる燃料（ガソリン、軽油など）は少なくとも直鎖系炭化水素（ノルマルパラフィン系炭化水素）を含む燃料であって、分離膜６は直鎖系炭化水素（ノルマルパラフィン系炭化水素）を透過させ、直鎖系炭化水素以外の炭化水素（環状炭化水素、オレフィン系炭化水素、側鎖系炭化水素など）は非透過とさせる特性を有するので、一般に流通している燃料を用いて、簡易にオクタン価（着火性）の異なる燃料を分離することができる。
【００３９】
次に、本発明の第３の実施形態について、図５及び図６に基づいて説明する。
図５は第３の実施形態における燃料分離装置の構成図である。
図１にて示した第１の実施形態との相違点について説明する。
【００４０】
エンジンを駆動源にする車両には、燃料タンク１とは独立して、供給燃料を貯留する燃料タンク２１が備えられている。ここにおいて、燃料タンク１に貯留されている燃料の飽和蒸気圧は、燃料タンク２１に貯留されている燃料の飽和蒸気圧に比べて高く（即ち、燃料タンク１に貯留されている燃料の沸点は、燃料タンク２１に貯留されている燃料の沸点に比べて低く）なっており、本実施形態では、燃料タンク１にはガソリンが貯留され、燃料タンク２１には軽油が貯留されている。また本実施形態では、燃料タンク１に貯留されている燃料（ガソリン）と、燃料タンク２１に貯留されている燃料（軽油）とは、エンジンの運転状態に応じて選択され、図示しない燃料供給手段を介してエンジンに供給される。
【００４１】
燃料タンク２１には、燃料配管２とは独立した燃料配管２２の両端が接続しており、この燃料配管２２を介して、供給燃料が循環可能になっている。
燃料配管２２には、この配管内の燃料流量を調節する流量調節装置（流量調節手段）２３が備えられている。この流量調節装置２３は、循環ポンプ（図示せず）と流量制御弁（図示せず）とにより構成され、この流量制御弁の開度を制御することにより、燃料配管２２内の燃料流量を調節する。ここで流量調節装置２３は上述の他、循環ポンプのみにて構成し、この循環ポンプの回転数を制御することにより、燃料配管２２内の燃料流量を調節してもよい。また流量調節装置２３は、燃料配管２２の内周面近傍にて供給燃料が乱流になるように燃料流量を調節している。
【００４２】
また燃料配管２２には、その一部に断面積を急激に縮小させた一定の長さの絞り通路２４が設けられており、この絞り通路２４の内周面には、スーパーキャビテーションを発生可能なスーパーキャビテーション発生部２５（負圧吸引手段）が設けられている。
【００４３】
絞り通路２４の中間部内周面（スーパーキャビテーション発生部２５の中間部）には、分離膜６の透過側（外周側）から外部に延びた燃料取出通路７が接続・開口している。
燃料取出通路７において、分離膜６の透過側端と、スーパーキャビテーション発生部２５側端とには、それぞれ圧力センサ（図示せず）が備えられており、これら圧力センサの出力信号に基づいて、分離膜６の透過側での燃料圧力Ｐ１と、スーパーキャビテーション２５での燃料圧力Ｐ２とを測定することが可能である。
【００４４】
流量調節装置３及び流量調節装置２３は、制御手段であるエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ；図示せず）により作動制御される。またＥＣＵには、燃料取出通路７に設けられた２つの圧力センサからの信号の他、エンジン回転数やエンジントルクなどエンジンの運転状態に関する信号が入力される。
【００４５】
次に、本実施形態における燃料の分離方法について、図６に基づいて説明する。
図６は、本実施形態における燃料分離制御のフローチャートである。
ＥＣＵは、ステップＳ２０１にて、燃料配管２内の燃料（ガソリン）から取り出す透過燃料（要求燃料）は低沸点燃料であるか、もしくは高沸点燃料であるかの判定を行う。この判定は、エンジンの運転状態に応じて行われ、例えば、低温始動時に揮発性の高い軽油が必要な場合は、透過燃料として低沸点燃料が要求され、高負荷・高回転時にオクタン価の高いガソリンが必要な場合は、透過燃料として高沸点燃料が要求される。
【００４６】
ステップＳ２０１にて要求燃料が低沸点燃料であると判定された場合は、ステップＳ２０２に進み、流量調節装置３及び流量調節装置２３を用いて、スーパーキャビテーション発生部５及びスーパーキャビテーション発生部２５にてスーパーキャビテーション（Ｓ／Ｃ）を発生させるように燃料流量制御を行う。このとき、燃料配管２内の燃料（ガソリン）は燃料配管２２内の燃料（軽油）に比べて飽和蒸気圧が高い（沸点が低い）ので、スーパーキャビテーション発生部５の燃料圧力は、スーパーキャビテーション発生部２５の燃料圧力に比べて高くなる。このため、分離膜６の透過側での燃料圧力Ｐ１と、スーパーキャビテーション発生部２５での燃料圧力Ｐ２との関係はＰ１＞Ｐ２になるので、燃料配管２内の燃料（ガソリン）のうち、分離膜６を透過した低沸点・低オクタン価燃料が、スーパーキャビテーション発生部２５により吸引されて、燃料配管２２内の燃料（軽油）に混入される。これにより、燃料配管２２内の燃料（軽油）の揮発性が向上する。
【００４７】
尚、ステップＳ２０２において、燃料配管２内の燃料（ガソリン）から低沸点・低オクタン価燃料を取り出すほど、燃料配管２内の燃料（ガソリン）及び燃料配管２２内の燃料（軽油）の組成が変わり、分離膜６の透過側での燃料圧力Ｐ１と、スーパーキャビテーション発生部２５での燃料圧力Ｐ２との圧力差は小さくなる。この圧力差が減少し続け、分離膜６の透過側での燃料圧力Ｐ１と、スーパーキャビテーション発生部２５での燃料圧力Ｐ２との関係がＰ１≦Ｐ２になった場合は、ステップＳ２０２にて、流量調節装置３を用いて、燃料配管２内の燃料流量を減少させる制御を行う。これにより、スーパーキャビテーション発生部５でのスーパーキャビテーションの発生が停止し、スーパーキャビテーション発生部５での燃料（ガソリン）の状態が液相になるので、分離膜６の透過側での燃料圧力Ｐ１が短期間に上昇する。この圧力上昇により、分離膜６の透過側での燃料圧力Ｐ１と、スーパーキャビテーション発生部２５での燃料圧力Ｐ２との関係が短期間にＰ１＞Ｐ２になるので、燃料配管２２を流れる燃料（軽油）が、燃料取出通路７を介して、燃料配管２に流れるのを防止することができる。
【００４８】
また、ステップＳ２０１にて要求燃料が高沸点燃料であると判定された場合は、ステップＳ２１２に進み、流量調節装置３及び燃料調節装置２３を用いて、スーパーキャビテーション発生部５にてスーパーキャビテーション（Ｓ／Ｃ）を発生させず、かつ、分離膜６の透過側での燃料圧力Ｐ１と、スーパーキャビテーション発生部２５での燃料圧力Ｐ２との関係がＰ１＞Ｐ２になるように燃料流量制御を行う。これにより、燃料配管２内の燃料（ガソリン）のうち、分離膜６を透過した高沸点・低オクタン価燃料が、スーパーキャビテーション発生部２５により吸引されるので、燃料配管２内の燃料（ガソリン）のオクタン価が向上する。尚、ステップＳ２０２において、Ｐ１＞Ｐ２になるように燃料流量制御を行うのは、燃料配管２２を流れる燃料（軽油）が、燃料取出通路７を介して、燃料配管２に流れるのを防止するためである。
【００４９】
このようにして、スーパーキャビテーション発生部５及びスーパーキャビテーション発生部２５にてスーパーキャビテーションが発生しているときは、ガソリンから取り出した低沸点・低オクタン価燃料を軽油に供給することにより、軽油の揮発性が向上するので、この揮発性が向上した軽油をエンジンの低温始動時に使用すると、着火性が向上し、不完全燃焼によるすすの発生を抑制することができる。また、スーパーキャビテーション発生部５にてスーパーキャビテーションが発生していないときは、ガソリンから高沸点・低オクタン価燃料を取り除くことにより、ガソリンのオクタン価が向上するので、このオクタン価が向上したガソリンをエンジンの高負荷・高回転時に使用することにより、エンジンの低燃費かつ低エミッションを実現することができる。
【００５０】
また、本実施形態において、上述した第２の実施形態と同様に、ＥＣＵが、要求される透過燃料のオクタン価（着火性）に応じ、流量調節装置３を介して、燃料配管２内の燃料流量を調節することもできる。この場合、燃料配管２内の燃料流量（ガソリンの流量）が多くなるほど、透過燃料には炭素数の大きな直鎖系炭化水素燃料が含まれるようになるので、透過燃料のオクタン価は低くなる。具体的には、燃料配管２内の燃料流量（ガソリンの流量）が多くなるほど、透過燃料は、炭素数４（ｎ−ブタン）のみのものから、炭素数４（ｎ−ブタン），炭素数５（ｎ−ペンタン），炭素数６（ｎ−ヘキサン）及び炭素数７（ｎ−ヘプタン）を含むものへ連続的にシフトしていくので、透過燃料のオクタン価は低くなる（図３参照）。
【００５１】
特に本実施形態によれば、負圧吸引手段は、燃料配管２を一方として、これとは独立した他方の燃料配管２２に設けられたスーパーキャビテーション発生部２５であり、一方の燃料配管２を流れる燃料の飽和蒸気圧は、他方の燃料配管２２を流れる燃料の飽和蒸気圧に比べて高いので、燃料取出通路７に吸引ポンプを備えることなく、分離膜６の透過燃料を他方の燃料配管２２に供給することができる。
【００５２】
また本実施形態によれば、一方の燃料配管２を流れる燃料はガソリンであり、他方の燃料配管２２を流れる燃料は軽油であるので、ガソリンに含まれる低沸点・低オクタン価燃料を取り出して軽油に供給することができる。このため、コンパクトな装置にてガソリンのオクタン価をさらに高く（着火性をさらに低く）することができると共に、軽油の揮発性を向上させることができる。
【００５３】
また本実施形態によれば、一方の燃料配管２と他方の燃料配管２２とは、各燃料配管ごとに、各々の燃料流量を調節する流量調節手段（流量調節装置３，２３）を備え、制御手段（ＥＣＵ）は、流量調節手段（流量調節装置３，２３）の作動を制御することにより、一方の燃料配管２のスーパーキャビテーション発生部５でのスーパーキャビテーションの発生と、他方の燃料配管２２のスーパーキャビテーション発生部２５でのスーパーキャビテーションの発生とを制御するので、スーパーキャビテーション発生部５及びスーパーキャビテーション発生部２５にてスーパーキャビテーションを発生させることにより、沸点の低い透過燃料を他方の燃料配管２２に供給することができ、スーパーキャビテーション発生部５にてスーパーキャビテーションを発生させないことにより、沸点の高い透過燃料を他方の燃料配管２２に供給することができる。
【００５４】
また本実施形態によれば、制御手段（ＥＣＵ）は、一方の燃料配管２のスーパーキャビテーション発生部５での燃料圧力が、他方の燃料配管２２のスーパーキャビテーション発生部２５での燃料圧力に比べて小さい場合、一方の燃料配管２の流量調節手段（流量調節装置３）を用いて一方の燃料配管２の燃料流量を減少させる制御を行うので、他方の燃料配管２２側から一方の燃料配管２へ燃料が流れるのを防止することができる。
【００５５】
また本実施形態によれば、分離膜６は、一方の燃料配管２の燃料流量が多くなるほど、透過燃料の着火性が高くなる（オクタン価が低くなる）特性を有し、制御手段（ＥＣＵ）は、透過燃料の着火性を高くする（オクタン価を低くする）場合には一方の燃料配管２の流量調節手段（流量調節装置３）を用いて一方の燃料配管２の燃料流量を増加させ、透過燃料の着火性を低くする（オクタン価を高くする）場合には一方の燃料配管２の流量調節手段（流量調節装置３）を用いて一方の燃料配管２の燃料流量を減少させる制御を行うので、他方の燃料配管２２内を流れる燃料にて要求されるオクタン価（着火性）に応じて、連続的に透過燃料のオクタン価（着火性）を変更することができる。
【００５６】
また本実施形態によれば、一方の燃料配管２を流れる燃料（ガソリン）は少なくとも直鎖系炭化水素（ノルマルパラフィン系炭化水素）を含む燃料であって、分離膜６は直鎖系炭化水素（ノルマルパラフィン系炭化水素）を透過させ、直鎖系炭化水素以外の炭化水素（環状炭化水素、オレフィン系炭化水素、側鎖系炭化水素など）は非透過とさせる特性を有するので、一般に流通している燃料を用いて、簡易にオクタン価（着火性）の異なる燃料を分離することができる。
【００５７】
次に、本発明の第４の実施形態について、図７及び図８に基づいて説明する。
図７は、絞り通路が複数設けられた燃料配管の詳細図であり、図８は、図７のＡ−Ａ断面図である。
【００５８】
図１にて示した第１の実施形態及び図５にて示した第３の実施形態との相違点について説明する。
燃料配管２の途中には、複数の連通口を有した仕切板４１ａ，４１ｂと、これら仕切板４１ａ，４１ｂに挟まれた空間に平行に並び、一方の開口端が仕切板４１ａの連通口と連通し、他方の開口端が仕切板４１ｂの連通口と連通した複数の中空管状の分離膜６１とにより、複数の絞り通路４が形成されている。また、絞り通路４の内側（中空管状の分離膜６１の内側）にはそれぞれ、スーパーキャビテーション発生部５（図示せず）が設けられている。また、中空管状の分離膜６１の透過側には、燃料を取り出すための燃料取出通路７が接続している。尚、本実施形態において、燃料取出通路７は、燃料配管２の内周面と仕切板４１ａ，４１ｂと中空管状の分離膜６１の外周面とに囲まれた空間７１と、燃料配管２に設けられた燃料取出孔７２とを含んで構成される。
【００５９】
特に本実施形態によれば、絞り通路４は複数並列に設けられているので、絞り通路４が単数である場合に比べてスーパーキャビテーション発生部５の表面積が大きくなり、高効率にて、実用的に低沸点燃料を分離することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】第１の実施形態における燃料分離装置の構成図
【図２】第１の実施形態における燃料分離制御のフローチャート
【図３】第２の実施形態における燃料配管内の燃料流量と、供給燃料（ガソリン）のオクタン価及び分離膜透過燃料のオクタン価との関係を示す図
【図４】第２の実施形態における燃料配管内の燃料流量と、供給燃料（軽油）のオクタン価及び分離膜透過燃料のオクタン価との関係を示す図
【図５】第３の実施形態における燃料分離装置の構成図
【図６】第３の実施形態における燃料分離制御のフローチャート
【図７】第４の実施形態における絞り通路が複数設けられた燃料配管の詳細図
【図８】図７のＡ−Ａ断面図
【符号の説明】
【００６１】
１  燃料タンク
２  燃料配管
３  流量調節装置（流量調節手段）
４  絞り通路
５  スーパーキャビテーション発生部
６  分離膜
７  燃料取出通路
８  圧力センサ（スーパーキャビテーション発生検知手段）
９  吸引ポンプ（負圧吸引手段）
１０  第１の透過側燃料タンク
１１  分岐通路
１２  逆止弁
１３  第２の透過側燃料タンク
２１  燃料タンク
２２  燃料配管
２３  流量調節装置（流量調節手段）
２４  絞り通路
２５  スーパーキャビテーション発生部（負圧吸引手段）
４１ａ，４１ｂ  仕切板
６１  分離膜（中空管状）
【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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