JP2004522039A - ガソリンを高オクタン価燃料と低オクタン価燃料とに分離する膜を有する内燃機関用燃料供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】機関運転状態に応じてオクタン価の異なる燃料を使用する。
【解決手段】原料燃料タンク（３）内のガソリンを分離膜（１０１）を備えた分離装置（１０）により原料燃料よりオクタン価の高い高ＲＯＮ燃料と原料燃料よりオクタン価の低い低ＲＯＮ燃料とに分離し、燃料切替え機構（２１）を用いて機関の運転状態に応じて高ＲＯＮ燃料または低ＲＯＮ燃料とのいずれか一方または両方を機関に供給する。機関運転状態に応じて燃料のオクタン価を変更することが可能となるため、機関の燃焼状態の改善により機関出力の増大と排気性状の改善との両方を達成することができる。
【選択図】図１

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃料供給装置に関し、詳細には原料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膜を備えた燃料供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
原料燃料（原料として供給される燃料）を分離膜を用いて分離し、原料燃料とは性状の異なる燃料を機関に供給する技術の例としては、例えば特開平５−３１２１１５号公報に記載されたものがある。同公報の装置は、パーベーパレーション膜を用いて、ガソリンタンクのガソリンを沸点の低い燃料（低沸点燃料）と沸点の高い燃料（高沸点燃料）とに分離し、得られた低沸点燃料を燃料タンクに貯蔵しておき、機関の始動時や冷間運転時に燃料タンクに貯蔵した低沸点燃料を機関に供給するようにしたものである。同公報の装置は、機関の運転中に原料燃料から分離した低沸点燃料を用いて、機関の始動や冷間運転を行うことにより、機関の始動性の向上と冷間運転時の排気性状の改善を図るものである。
【０００３】
上記特開平５−３１２１１５号公報の装置では、通常のガソリンから低沸点燃料を分離するようにしたことにより、低沸点燃料を別途補給することなく通常のガソリンから低沸点燃料を得ることができ、この低沸点燃料を用いて機関の始動性と冷間運転時の排気性状を向上させることが可能となっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上記公報の装置は、ガソリンから分離した低沸点燃料を利用しているものの、低沸点燃料を分離した残りの燃料については再度ガソリンタンクに戻して原料燃料と混合させている。
【０００５】
ガソリンから分離膜を用いて低沸点成分を多く含む燃料を分離（抽出）した場合には、残された燃料は原料燃料より高沸点成分を多く含む高沸点燃料となる。しかし、上記公報の装置は、低沸点燃料を機関始動時に使用することのみを考慮しており、高沸点成分の使用については全く考慮していない。
【０００６】
このため、せっかく分離膜により生成された高沸点燃料は利用されることなくガソリンタンク内の原料燃料と混合されてしまうことになる。低沸点燃料を大量に生成すれば、原料燃料に還流される高沸点燃料の量も増えるため、ガソリンタンク内の燃料全体が高沸点成分を多く含むようになることも考えられる。しかし、同公報の装置では機関始動時または冷間運転時のみにしか低沸点燃料を使用しないため、必要とする低沸点燃料の量はガソリンタンク内のガソリンに較べて少量である。このため、低沸点燃料の副生物として生成される高沸点燃料の量も少量となり、ガソリンタンク内の燃料と混合してもタンク内の燃料の沸点は原料燃料の沸点からほとんど変化しない。
【０００７】
すなわち、同公報の装置では、低沸点燃料のみが利用され、せっかくエネルギーを消費して分離した高沸点燃料は有効に利用されていないため、燃料の分離に要したエネルギーの約半分は無駄に消費されることになる。また、同公報の装置では、分離した低沸点燃料は機関始動時や冷間運転時にのみ使用され、暖機後の通常運転時には使用されないため、分離した燃料が有効に利用されていない問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記従来技術の問題に鑑み、原料燃料から分離膜を用いて性状の異なる２つの燃料を分離する場合に、両方の燃料を個別に機関運転状態に応じて使用することにより機関性能や排気性状を向上させるとともに、分離に要するエネルギーが無駄な消費を防止することを目的としている。
【０００９】
本発明によれば、内燃機関の燃料供給装置であって、供給された原料としての燃料を、オクタン価の高い成分を原料燃料より多く含む高オクタン価燃料と、オクタン価の低い成分を原料燃料より多く含む低オクタン価燃料とに分離する分離膜と、分離後の高オクタン価燃料と低オクタン価燃料とのそれぞれを個別に内燃機関に供給可能な、互いに独立した高オクタン価燃料用供給通路と、低オクタン価燃料用供給通路とを備え、機関運転条件に応じて前記高オクタン価燃料と低オクタン価燃料とのうちいずれか一方または両方を内燃機関に供給することを特徴とする、内燃機関の燃料供給装置が提供される。
【００１０】
すなわち、請求項１の発明では原料燃料から、高オクタン価成分を多く含む高オクタン価燃料と低オクタン価成分を多く含む低オクタン価燃料が分離される。また、分離された低オクタン価燃料と高オクタン価燃料とは機関運転条件に応じていずれか一方または両方が内燃機関に供給されるため、分離燃料の一方（例えば低オクタン価燃料）だけでなく分離燃料の他方（例えば高オクタン価燃料）も有効に利用される。更に、機関の運転状態に応じて燃料のオクタン価を変化させることが可能となるため、出力などの機関性能と排気性状とが改善される。
【００１１】
分離膜としては燃料中の所定の範囲のオクタン価を有する成分を通過させるタイプの膜を使用することができる。また、膜を通過した成分からなる燃料の量及び／または性状を制御する透過制御手段を使用するようにしても良い。透過制御手段は、膜の両側の圧力や原料燃料の供給流量、膜や原料燃料の温度、等の燃料成分の膜の透過に影響を及ぼす膜の作動条件を制御するものである。
【発明の効果】
【００１２】
上述のように、請求項に記載の各発明によれば、分離膜を用いて原料燃料から高オクタン価燃料と低オクタン価燃料とを生成し、機関運転条件に応じたオクタン価を有する燃料を使用する事により、機関出力を増大するとともに排気性状を改善することが可能となる共通の効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の燃料供給装置を車両用内燃機関に適用した場合の実施形態の概略構成を模式的に示す図である。
【００１４】
図１において、１は内燃機関、１１０は内燃機関１の各気筒に燃料を噴射する燃料噴射弁を示す。各燃料噴射弁１１０は、後述するデュアルデリバリパイプ２０に接続され、デュアルデリバリパイプ２０内に形成された２つのデリバリ通路２０１、２０３内の燃料の一方を選択的に、もしくは両方の燃料を所定の混合比で同時に、機関１の各気筒に噴射可能な構造となっている。デュアルデリバリパイプ２０の構造及び燃料噴射弁１１０の燃料切替え機構については後述する。
【００１５】
図１において３は燃料（ガソリン）を貯留する燃料タンクである。タンク３には通常の（市販の）ガソリンが給油され、貯留されている。なお、本明細書では、燃料タンク３内に貯留されるガソリンは後述する分離燃料と区別するために原料燃料と呼んでいる。
【００１６】
本実施形態では、燃料タンク３から供給される原料燃料を性状の異なる２種類の燃料に分離するための分離装置１０が設けられている。
分離装置１０は、耐圧容器からなるハウジング１００内をアロマ分離膜１０１で２つの区画１０３と１０５とに区分した構成とされている。
【００１７】
分離膜１０１としては、ガソリン中の芳香族成分を選択的に透過させる性質を有するものが使用される。すなわち、アロマ分離膜１０１では、原料燃料を分離膜の一方の側（例えば区画１０３側）に比較的高い圧力で供給し、もう一方の側（例えば区画１０５側）を比較的低圧に保持すると、原料燃料中の芳香族成分が主に分離膜１０１内を透過して膜１０１の低圧側（区画１０５側）の表面に浸出して低圧側に面した膜表面を覆うようになる。
【００１８】
この、低圧側の膜表面を覆う浸出燃料油を除去することにより、連続的に分離膜１０１を通して芳香族成分の低圧側への浸出が生じるようになる。本実施形態では、低圧側（区画１０５側）の圧力を浸出した燃料油の蒸気圧より低い圧力（負圧）に維持することにより、低圧側の膜表面を覆う芳香族成分を多く含む浸出燃料油を連続的に表面から除去して燃料ペーパの形で回収するようにしている。
【００１９】
よく知られているように、ガソリン中の芳香族成分量が増大するとガソリンのオクタン価（ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＯＣＴＡＮＥ ＮＵＭＢＥＲ、以下「ＲＯＮ」と略称する）は高くなる。このため、分離膜の低圧側から回収される、芳香族成分を多く含む分離燃料油のオクタン価は原料燃料のオクタン価より高くなり、分離膜の高圧側には芳香族成分含有量の少ない、原料燃料よりオクタン価の低い分離燃料が残ることになる。
【００２０】
すなわち、分離装置１０の高圧側区画１０３に原料燃料を供給すると、低圧側区画１０５からは原料燃料よりオクタン価の高い高オクタン価燃料（高ＲＯＮ燃料）がペーパの形で回収され、高圧側区画１０５からは原料燃料よりオクタン価の低い低オクタン価燃料（低ＲＯＮ燃料）が回収される。すなわち、分離装置１０に原料燃料を供給する事により、原料燃料は高ＲＯＮ燃料と低ＲＯＮ燃料とに分離される。
【００２１】
本実施形態では、機関の運転状態に応じて高ＲＯＮ燃料と低ＲＯＮ燃料とを切替えて（あるいは混合して）使用することにより、機関性能の向上と排気性状の改善とを達成している。低オクタン価燃料（低ＲＯＮ燃料）は着火性が非常に良好であるため、例えば機関始動時や冷間運転時に使用すると機関性能の向上や排気性状の改善を得ることができる。一方、高オクタン価燃料は自己着火が生じにくいため、高出力運転時に使用することにより点火時期を進角させて機関の出力を増大させることができる。
【００２２】
後述するように、分離される高ＲＯＮ燃料と低ＲＯＮ燃料の量及び性状（オクタン価）は分離膜の作動条件、例えば分離膜温度（正確には原料燃料と分離膜との接触温度）、原料燃料の供給流量、高圧側区画内圧力、低圧側区画内圧力（負圧）等によって変化する。
上記作動条件のうち、分離膜温度は分離膜に供給する原料燃料温度を制御することにより調節可能である。このため、本実施形態では原料燃料の分離装置１０への供給経路にはヒータ、熱交換器等を設け、原料燃料供給温度を制御することにより、分離膜温度を調節している。また、高圧区画１０３内圧力は高圧供給ポンプ１１５を用いて原料燃料を加圧することにより、低圧側区画１０５内圧力はバキュームポンプ１１９を接続して低圧側区画１０５内の圧力を低下させることにより、それぞれ調節している。
【００２３】
以下、図１の実施形態における燃料分離操作について説明する。
図１において、燃料タンク３に貯留された原料燃料（ガソリン）は、低圧フィードポンプ１１３により、高圧供給ポンプ１１５に送られ、高圧供給ポンプ１１５により所定圧力まで昇圧された後、ヒータ、熱交換器などの加熱器１１７を通り、所定の温度まで加熱された後、供給通路２１１から分離器１０の高圧側区画１０３に圧送される。
【００２４】
本実施形態では、機関始動時の原料燃料の加熱を考慮して加熱器１１７には電気ヒータが使用されているが、例えば、電気ヒータに代えて、または電気ヒータに加えて、機関冷却水または機関排気と原料燃料とを熱交換させる熱交換器を用いて原料燃料を加熱することも可能である。
【００２５】
原料燃料供給通路２１１から高圧側区画１０３に供給された高温、高圧の原料燃料からは、主に芳香族成分が分離膜１０１を透過して低圧側区画に浸出する。このため、高圧側区画１０３内を流れる燃料中の芳香族成分量は下流になる程低下する。従って、分離装置１０の高圧側区画１０３から流出する分離燃料は原料燃料よりオクタン価の低い低ＲＯＮ燃料となる。
高圧側区画１０３から流出する低ＲＯＮ燃料は、低オクタン価燃料用供給通路２１３を介してデリバリパイプ２０の低ＲＯＮ燃料用噴射通路（低ＲＯＮ燃料レール）２０１に供給される。
【００２６】
一方、分離装置１０の低圧側区画１０５に浸出した、芳香族成分を多く含む燃料油（高ＲＯＮ燃料）は、分離膜１０１の低圧側表面を覆うようになる。分離膜１０１の低圧側表面が全て高ＲＯＮ燃料で覆われた状態では、分離膜１０１の低圧区画１０３の側表面の芳香族成分濃度が高くなるため、分離膜１０１を通って高圧側から低圧側へ浸出する芳香族成分の透過速度が大幅に低下してしまう。本実施形態では、これを防止するために分離装置１０の低圧側区画１０５には回収通路２１５を介してバキュームポンプ１１９が接続されており、低圧側区画１０５内の高ＲＯＮ燃料ペーパを低圧側区画１０５から排出している。これにより、低圧側区画１０５内圧力は、浸出してくる高ＲＯＮ燃料の蒸気圧より低い圧力（好ましくは負圧）に維持され、分離膜１０１の低圧側表面に浸出してくる高ＲＯＮ燃料は直ちに気化して回収通路に回収されるようになり、分離膜１０１では連続的に芳香族成分が高圧側から低圧側に透過するようになる。
【００２７】
バキュームポンプ１１９により、分離装置１０の低圧側区画１０５から吸引された高ＲＯＮ燃料ペーパは、ポンプ１１９の吐出配管２１７上に設けた（空冷または水冷の）コンデンサ１２１により凝縮されて液体高ＲＯＮ燃料となる。図１に５で示すのは、コンデンサ１２１で液化した高ＲＯＮ燃料を一時貯留するサブタンクである。
【００２８】
サブタンク５に貯留された高ＲＯＮ燃料は、必要に応じてフィードポンプ１２５と高圧供給ポンプ（燃料噴射ポンプ）１２３とにより、高オクタン価燃料用供給通路２１９を通って、デュアルデリバリパイプ２０の高ＲＯＮ燃料用噴射通路（高ＲＯＮ燃料レール）２０３に供給される。
【００２９】
なお、本実施形態ではサブタンク５と燃料タンク３とはオーバーフロー配管２２５で接続されており、サブタンク内の高ＲＯＮ燃料の液面が上昇して上限値を越えた場合にはサブタンク５からオーバーフロー配管２２５を通って過剰な高ＲＯＮ燃料が燃料タンク３に還流するようにされている。
【００３０】
図１に３０で示すのは、機関１の電子制御ユニット（ＥＣＵ）である。本実施形態では、ＥＣＵ３０は、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、演算ユニット（ＣＰＵ）及び入出力ポートを双方向性バスで接続した公知の構成のマイクロコンピュータとして構成され、機関の燃料噴射制御や点火時期制御などの基本制御を行う他、本実施形態では後述するように、分離装置の作動条件を調節して、生成される分離燃料の量、性状等を制御する分離処理制御を行うとともに、機関に供給する分離燃料の切替え、分離燃料の性状（オクタン価等）の検出等の各操作を行う。
【００３１】
これらの各制御のために、ＥＣＵ３０には図示しない機関回転数センサと、機関吸入空気量センサ、アクセル開度センサ等の各センサから、機関回転数、吸入空気量、運転者のアクセルペダル踏込み量（アクセル開度）等の機関運転状態を表すパラメータが入力されている他、機関排気通路に配置された空燃比センサ３３から機関排気空燃比を表す空燃比信号が入力されている。また、機関１のシリンダブロック（図示せず）には、機関のノッキングを検出するノックセンサ３５が設けられている。ノックセンサ３５は、機関のノッキングに特有な周波数の振動を検出するセンサであり、その出力はＥＣＵ３０に供給される。後述するように、本実施形態ではノックセンサ３５で検出した機関１のノッキング発生時の運転条件により分離燃料の性状（オクタン価）を検出している。
【００３２】
更に、本実施形態では、原料燃料供給通路２１１の分離装置１０入口部分には、供給される原料燃料の温度を検出する燃料温度センサ３７が、また、デュアルデリバリパイプ２０のそれぞれの燃料レール２０１、２０３にはレール内燃料圧力を検出する燃料圧力センサ３９、４１が、更にサブタンク５には、タンク内の燃料液面高さを検出するレベルセンサ４３が配置されておりこれらのセンサの出力もＥＣＵ３０に供給されている。これらを用いた、ＥＣＵ３０の制御については後述する。
【００３３】
また、原料燃料の供給通路２１１に設けた加熱器１１７、高圧供給ポンプ１１５、分離燃料の回収通路２１５に設けたバキュームポンプ１１９、高ＲＯＮ燃料の高圧供給ポンプ１２３、タンク３、５に設けた低圧フィードポンプ１１３、１１９はそれぞれＥＣＵ３０に接続され、ＥＣＵ３０によりその作動が制御されている。
【００３４】
次にデュアルデリバリパイプ２０と燃料噴射弁１１０の燃料切替え機構について説明する。
図２は、デュアルデリバリパイプ２０と燃料噴射弁１１０の燃料切替え機構２１の構成を示す断面図である。デュアルデリバリパイプ２０内には、その長手方向に沿った隔壁２０ａにより２つのレール（低ＲＯＮ燃料レール２０１と高ＲＯＮ燃料レール２０３）とが形成されている。レール２０１と２０３とは、それぞれ供給される高圧の低ＲＯＮ燃料と高ＲＯＮ燃料とを貯留し、各気筒の燃料噴射弁１１０に分配する機能を有している。
【００３５】
本実施形態では、燃料切替え機構は各燃料噴射弁１１０毎に設けられたインジェクタガイド２５１とインジェクタガイド内に回転可能に嵌装された切替え用弁体２５３とを備えている。各燃料噴射弁１１０は、それぞれレール２０１と２０３とを貫通する円筒状のインジェクタガイド２５１端部に取付けられており、インジェクタガイド２５１内に軸線方向に形成された燃料通路２５７から燃料を供給される。
【００３６】
また、弁体２５３は円柱形状とされ、インジェクタガイド２５１内に設けられたボア内に回転可能に嵌装されている。図２に２６０で示すのは、各インジェクタガイド２５１内の弁体２５３を同時に同一角度だけ回転させるためのリンクである。リンク２６０はクランク２６１を介して弁体２５３に接続されており、リンク２６０を適宜なアクチュエータを用いて軸線方向（図２に矢印で示す方向）に移動させることにより、各インジェクタガイドの弁体２５３を同時に同一角度だけ回転させる。
また、本実施形態では、弁体２５３内にはインジェクタガイド２５１内の燃料通路２５７に開口するボア２７０が形成されている。
【００３７】
図３（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ図２のＡ−Ａ線（高ＲＯＮ燃料レール２０３）とＢ−Ｂ線（低ＲＯＮ燃料レール２０１）に沿った断面を示す。
図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、インジェクタガイド２５１の壁面には、それ低ＲＯＮ燃料レール２０１と高ＲＯＮ燃料レール２０３内に開口し、それぞれれのレールとインジェクタガイド２５１内のボアとを連通する半径方向の燃料入口通路２０１ａと２０３ａとが貫通している。通路２０１ａと２０３ａとは互いに平行に、かつレール軸線方向に設けられている。
【００３８】
また、弁体２５３にはインジェクタガイド２５１のそれぞれの通路２０１ａ、２０３ａに対向する高さに、同様に弁体２５３外周と弁体内のボア２７０とを連通する半径方向通路２０１ｂ、２０３ｂが設けられている。但し、２０１ｂと２０３ｂとは互いに９０度の角度をなしている。このように、弁体２５３の通路２０１ｂと２０３ｂとを互いに９０度の角度をなして配置した事により、低ＲＯＮ燃料レール２０１と高ＲＯＮ燃料レール２０３との任意の一方を排他的に燃料噴射弁１１０に接続することが可能となる。
【００３９】
すなわち、リンク２６０を用いて弁体２５３を回転させ、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、弁体の燃料通路２０３ｂをインジェクタガイド２５１の燃料通路２０３ａに連通させると、弁体の燃料通路２０１ｂとインジェクタガイド２５１の燃料通路２０１ａとは互いに遮断される位置になる。
【００４０】
このため、弁体２５３の図３（Ａ）、（Ｂ）に示した回転位置では、レール２０３内の高ＲＯＮ燃料はインジェクタガイド２５１の燃料通路２０３ａから弁体２５３の燃料通路２０３ｂを通り、弁体のボア２７０に流入し、インジェクタガイド２５１の燃料通路２５７を通って、燃料噴射弁１１０に供給されるようになるが、燃料通路２０１ａと２０１ｂとは互いに遮断される位置になるため、燃料レール２０１内の低ＲＯＮ燃料は燃料噴射弁１１０には供給されない。従って、図３、（Ａ）、（Ｂ）の弁体位置では高ＲＯＮ燃料のみが機関に供給されるようになる。
【００４１】
また、図３（Ｃ）、（Ｄ）はリンク２６０により弁体２５３を図３（Ａ）、（Ｂ）の位置から９０度回転させた状態を示している。
この場合には、図３（Ａ）、（Ｂ）の位置とは逆に通路２０１ａと２０１ｂとが連通し、２０３ａと２０３ｂとの連通は遮断されるため、燃料噴射弁１１０にはレール２０１内の低ＲＯＮ燃料のみが供給されるようになる。
【００４２】
図４（Ａ）から（Ｃ）は、燃料切替え機構の別の実施形態を示す図３（Ａ）から（Ｄ）と同様な断面図である。図３（Ａ）から（Ｄ）の例では、高ＲＯＮ燃料と低ＲＯＮ燃料との一方を互いに排他的に機関に供給する構成を示したが、図４の構成では図３の場合と同様に高ＲＯＮ燃料と低ＲＯＮ燃料のうちいずれか一方のみを機関に供給することができるとともに、更に、高ＲＯＮ燃料と低ＲＯＮ燃料との両方を所定の混合比で機関に供給することが可能となる。
【００４３】
すなわち、図４（Ａ）から（Ｃ）では弁体２５３には図３（Ａ）から（Ｄ）の場合と同様に互いに９０度の角度をなす燃料通路２０１ｂ、２０３ｂに加えて、それぞれレール２０１と２０３とに開口する別の半径方向燃料通路２０１ｃと２０３ｃとが設けられている。この場合、２０１ｃと２０３ｃとは同位相に設けられ、例えば２０１ｂ、２０３ｃとそれぞれ４５度の角度をなしている。このため、弁体２５３を回転してそれぞれのレールの燃料通路２０１ｃと２０３ｃとをインジェクタガイドの燃料通路２０１ａと２０３ａとに連通させることにより、両方のレールから燃料通路２０１ｃと２０３ｃとを介して燃料噴射弁に燃料を供給することができる。すなわち、この場合にはインジェクタガイド２５１の燃料通路２５７は高ＲＯＮ燃料と低ＲＯＮ燃料との混合物である中間オクタン価を有する燃料（中ＲＯＮ燃料）を機関に供給する混合燃料用供給通路として機能することになる。
【００４４】
図４（Ａ）は高ＲＯＮ燃料のみを機関に供給する場合、図４（Ｃ）は低ＲＯＮ燃料のみを機関に供給する場合を示し、図４（Ｂ）は高ＲＯＮ燃料と低ＲＯＮ燃料との両方を混合して機関に供給する場合を示している。なお、図４（Ｂ）において、高ＲＯＮ燃料と低ＲＯＮ燃料との混合比はそれぞれの燃料通路２０１ｃ、２０３ｃの径を変えることにより調節可能である。
【００４５】
次に、図１の実施形態において、高ＲＯＮ燃料または低ＲＯＮ燃料の一方のみを用いて機関を運転する場合の燃料の流れの制御について説明する。
図１から判るように、分離装置１０は作動中は必ず高ＲＯＮ燃料と低ＲＯＮ燃料とを同時に生成する。このため、高ＲＯＮ燃料と低ＲＯＮ燃料との一方の燃料のみを用いて機関を運転する場合には、同時に生成される他方の燃料を何らかの形で分離装置１０から排出しないと分離装置１０の運転が継続できなくなる。この場合、分離燃料のうち使用しない方の燃料を原料燃料タンク３に還流させれば分離装置１０の運転を続けることは可能である。しかし、使用しない分離燃料を常に原料燃料タンク３に戻していたのでは、分離に要したエネルギーのうち、約半分を無駄に消費することになり、無駄に消費される分離エネルギーのために機関全体として燃費が悪化する場合が生じる。
【００４６】
そこで、図１の実施形態では、一方の分離燃料の分離装置１０から燃料噴射弁に至る燃料供給通路（図１では、高ＲＯＮ燃料の供給通路）に分離燃料を一時貯留可能な貯留タンク）を設けている。
すなわち、図１の実施形態では、高ＲＯＮ燃料用供給通路２１９には、サブタンク５が設けられており、分離装置１０で生成された高ＲＯＮ燃料を一時貯留することが可能となっている。生成後サブタンク５に一時貯留された高ＲＯＮ燃料は、使用時にはサブタンク５から低圧フィードポンプ１１９により高圧供給ポンプ（燃料噴射ポンプ）１２３に送られ、高圧供給ポンプ１２３で所定の圧力まで昇圧されてデュアルデリバリパイプ２０内の高ＲＯＮ燃料レール２０３に圧送される。
一方、本実施形態では分離装置１０で生成された低ＲＯＮ燃料は、低ＲＯＮ燃料用供給通路２１３を介してデュアルデリバリパイプ２０の低ＲＯＮ燃料レール２０１に直接供給されている。
【００４７】
例えば、機関始動時や冷間運転時等で、機関に低ＲＯＮ燃料のみを使用する場合について説明する。
この場合、分離装置１０で生成された低ＲＯＮ燃料は、低ＲＯＮ燃料供給通路２１３から直接デュアルデリバリパイプ２０の低ＲＯＮ燃料レール２０１に圧送され、燃料噴射弁１１０から機関に供給される。一方、分離装置１０で低ＲＯＮ燃料と同時に生成された高ＲＯＮ燃料は、サブタンク５に貯留される。これによた、高ＲＯＮ燃料を原料燃料タンクに還流させることなく低ＲＯＮ燃料を使用する運転を行うことができるため、高ＲＯＮ燃料の分離に要したエネルギーが無駄に消費されること（高ＲＯＮ燃料の原料燃料への還流）が防止される。
【００４８】
一方、低ＲＯＮ燃料のみを用いる機関の運転が長期間行われるような場合には、本実施形態においても生成される高ＲＯＮ燃料の量がサブタンク５の容量以上に増大する事が考えられる。本実施形態では、サブタンク５には原料燃料タンク３に連通するオーバーフロー配管２２５が設けられている。このため、サブタンク５内の高ＲＯＮ燃料貯留量が増大して液面レベルが上限値に到達すると、過剰な量の高ＲＯＮ燃料はオーバーフロー配管２２５を通って原料燃料タンク３に還流するようになるため、サブタンク５の液面レベルは上限値以上に上昇しなくなる。このため、低ＲＯＮ燃料のみを用いた長期間の運転が可能となる。
【００４９】
この場合、サブタンク５からオーバーフローして原料燃料タンク３に還流される高ＲＯＮ燃料を分離するのに要したエネルギーは無駄に消費されることになるが、サブタンク５の容量は比較的大きく設定されているため、通常の機関の始動、冷間運転中にオーバーフローが生じる頻度は比較的少なくなっている。
【００５０】
また、本実施形態ではサブタンク５に高ＲＯＮ燃料を貯留するようにしているため、機関を高ＲＯＮ燃料のみを用いて運転するような場合には分離装置１０の運転を停止して、サブタンク５内に貯留された高ＲＯＮ燃料を用いて機関を運転することが可能となる。この場合、高ＲＯＮ燃料は低圧フィードポンプ１１９により高圧供給ポンプ１２３に送られ、ポンプ１２３で昇圧後に高ＲＯＮ燃料用燃料供給通路２１９を通ってデュアルデリバリパイプ２０の高ＲＯＮ燃料レール２０３に供給される。これにより、高ＲＯＮ燃料での機関運転中は分離装置１０の運転を停止することができるため、高ＲＯＮ燃料運転中に分離に要するエネルギーの消費を低減することができる。
【００５１】
ところが、上記のようにサブタンク５内の高ＲＯＮ燃料を用いて機関を運転する場合、高ＲＯＮ燃料での機関運転が長期にわたるとサブタンク５内の高ＲＯＮ燃料が不足する場合がある。本実施形態では、サブタンク５内の高ＲＯＮ燃料の液面レベルをレベルセンサ４３で監視しており、液面が所定の下限値まで低下したときに分離装置１０の運転を開始し、高ＲＯＮ燃料の生成を再開するようにしている。この場合、同時に低ＲＯＮ燃料が生成されるようになるが、本実施形態では低ＲＯＮ燃料の供給通路にはサブタンク５に相当するタンクが設けられていない。
このため、高ＲＯＮ燃料運転時に分離装置１０の運転を行う場合には、例えば高圧供給ポンプ１１５の供給圧力を分離装置１０停止時より上昇させる。これにより、低ＲＯＮ燃料レール２０１に供給される低ＲＯＮ燃料の圧力も上昇する。
【００５２】
図１に示すように、本実施形態ではデュアルデリバリパイプ２０の両方の燃料レール２０１、２０３には燃料レール保護のためのリリーフ弁２２７、２２９がそれぞれ設けられている。リリーフ弁２２７、２２９は共通のリターン配管２２３に接続されており、レール２０１、２０３内の燃料圧力が所定値を越えると開弁して、レール内の燃料をリターン配管２２３を介して原料燃料タンク３に還流するようになっている。
【００５３】
高ＲＯＮ燃料での機関運転中に分離装置１０を作動させる場合、上記のように原料燃料高圧供給ポンプ１１５の吐出圧力を上昇させると、低ＲＯＮ燃料の圧力も上昇し、低ＲＯＮ燃料レール２０１の内圧が上昇するようになる。これにより、低ＲＯＮ燃料レール２０１のリリーフ弁２２７が開弁し、低ＲＯＮ燃料レール２０１内の燃料はリターン配管２２３を通って原料燃料タンク３に還流するようになるため、高ＲＯＮ燃料のみを使用する場合にも分離装置１０を運転することが可能となる。
【００５４】
なお、本実施形態では高ＲＯＮ燃料用のサブタンク５のみしか設けていないため、高ＲＯＮ燃料での運転時間が長くなると分離装置１０で分離された低ＲＯＮ燃料を原料燃料タンク３に還流させる必要が生じる。これを防止するために、例えば、図５に示すように高ＲＯＮ燃料用のサブタンク５に加えて低ＲＯＮ燃料用のサブタンク７を設け、高ＲＯＮ燃料での運転中に生成される低ＲＯＮ燃料をサブタンク７に一時貯留するようにすれば、分離に要したエネルギーが有効に使用される。
【００５５】
図５において、低ＲＯＮ燃料用サブタンク７は、高ＲＯＮ燃料用サブタンク５と同様に低圧フィードポンプ７０１とポンプ７０１から供給されるタンク７内の低ＲＯＮ燃料を昇圧してデュアルデリバリパイプ２０の低ＲＯＮ燃料レール２０１に圧送する高圧供給ポンプ７０３とを備えている。また、タンク７にはタンク内の低ＲＯＮ燃料の液面を上限値以下に維持するために、タンク内の低ＲＯＮ燃料を原料燃料タンク３に還流するオーバーフロー配管７０９が設けられている。
【００５６】
また、オーバーフロー配管７０９に代えて、または配管７０９に加えて、分離装置１０からサブタンク７に低ＲＯＮ燃料を供給する供給通路７１１に切替弁７１３を設け、サブタンク７に設けたレベルセンサ７１５で検出した液面レベルが所定値を越えた場合には、切替弁７１３を切替えて分離装置１０から供給される低ＲＯＮ燃料を、リターン配管７１７を通して原料燃料タンク３に還流させるようにしてもよい。
【００５７】
このように、オーバーフロー配管７０９（及び、または切替弁７１３とリターン配管７１７）とレベルセンサ７１５とを低ＲＯＮ燃料用サブタンク７に設ける事により、低ＲＯＮ燃料のみを使用して機関が長時間運転されてサブタンク７内の低ＲＯＮ燃料の液面レベルが低下した場合には、分離装置１０を作動させて、低ＲＯＮ燃料を生成するとともに、同時に生成される高ＲＯＮ燃料を高ＲＯＮ燃料用サブタンク５に貯留することが可能となるため、分離に要するエネルギーの消費を更に低減することが可能となる。
【００５８】
なお、本実施形態では別途低ＲＯＮ燃料用サブタンク７に高圧供給ポンプ（燃料噴射ポンプ）が設けられているため、原料燃料は低圧フィードポンプ１１３のみで分離装置１０に供給し、図１の原料燃料用供給ポンプ１１５は設けていない。
【００５９】
次に、分離装置１０の制御について説明する。
本実施形態では、原料燃料から高ＲＯＮ燃料と低ＲＯＮ燃料とを生成するが、分離膜１０１で分離される高ＲＯＮ燃料の量及び性状（特にオクタン価）は分離膜の作動条件、すなわち分離膜の原料燃料接触部温度、原料燃料流量、温度、圧力に応じて大きく変動する。
【００６０】
例えば、原料燃料の供給流量が増大しても、他の条件が同一であれば分離膜１０１を透過する芳香族成分等の透過速度はほとんど変化しないため、高ＲＯＮ燃料の生成量はほとんど変化しない。一方、原料燃料の供給流量が増大すると低ＲＯＮ燃料の生成量はそれに応じて増大するが、分離膜１０１を透過する芳香族成分の透過速度がほとんど変化しないため、原料燃料から単位流量あたりに除去される芳香族成分量は低下し、低ＲＯＮ燃料として生成される燃料の量は増大するが、それに応じて低ＲＯＮ燃料のオクタン価も上昇することになる。
【００６１】
また、原料燃料の供給圧力を増大すると、他の条件が同一であれば分離膜１０１を透過する成分量が増大するため、高ＲＯＮ燃料の生成量が増大する。しかし、この場合芳香族の選択透過性が低下するため芳香族以外の成分も高ＲＯＮ燃料側に透過するようになり、高ＲＯＮ燃料の生成量は増大するものの、高ＲＯＮ燃料として分離される燃料のオクタン価は低下する。
【００６２】
更に、低圧区画１０５側の負圧を増大（絶対圧を低下）させると、他の条件が同一であれば芳香族成分の透過速度が増大し、高ＲＯＮ燃料の生成量が増大する。また、この場合得られる高ＲＯＮ燃料中の芳香族濃度も増大するため、高ＲＯＮ燃料の生成量とオクタン価との両方が増大する。
【００６３】
また、同様に、原料燃料温度を上昇させると、分離膜の温度も上昇するため、他の条件が同一であれば芳香族成分の透過速度が増大し、高ＲＯＮ燃料の生成量とオクタン価との両方が増大する。
【００６４】
上記のように、分離装置１０で得られる高ＲＯＮ燃料の生成量とオクタン価とは、原料燃料の供給流量、圧力、温度、及び低圧側の負圧に応じて変化するが、本実施形態の分離装置１０では原料燃料から高ＲＯＮ燃料を取除いた残りの部分が低ＲＯＮ燃料となるため、上記作動条件を変化させると低ＲＯＮ燃料の生成量とオクタン価とは高ＲＯＮ燃料の生成量とオクタン価とは反対方向に変化する。
【００６５】
本実施形態では、ＥＣＵ３０は分離装置１０により生成される高ＲＯＮ燃料または低ＲＯＮ燃料の生成量と性状とを検出して、上記の分離装置作動条件を制御する事により、高ＲＯＮ燃料または低ＲＯＮ燃料の生成量または性状を所望の値に制御している。なお、原料燃料温度と分離膜温度とは相関があるため本実施形態では原料燃料温度を調節することにより、分離膜作動条件としての分離膜温度を制御しているが、分離膜温度を直接検出可能な温度センサと、分離膜を直接加熱する電気ヒータ等の加熱装置を設け、分離膜温度を直接制御することも可能である。
【００６６】
例えば、図１の例において高ＲＯＮ燃料を使用する運転が続きサブタンク５の液面レベルが低下していることが検出された場合には、ＥＣＵ３０は原料燃料の高圧供給ポンプ１１５の吐出圧を上昇させるとともに、加熱器１１７の温度を上昇させ、分離装置１０に供給される原料燃料の温度と圧力とを上昇させる。またこのときＥＣＵ３０は同時に、バキュームポンプ１１９の流量を増大し、分離装置１０の低圧区画１０５の負圧を増大（絶対圧を低下）させる。これにより、高ＲＯＮ燃料のオクタン価を低下させることなく高ＲＯＮ燃料生成量を増大させることができる。
【００６７】
実験によれば、分離膜による高ＲＯＮ燃料の生成量に与える前記分離膜の作動条件の影響は、原料燃料の供給圧力、低圧区画内の圧力（負圧）、原料燃料温度（分離膜温度）の順に大きいことが判明している。従って、高ＲＯＮ燃料の生成量を増大させるためには、まず最初に原料燃料の供給圧力が増大され、次に低圧区画内の圧力が減少され、次に原料燃料温度が上昇せしめられる。更に、原料燃料と接触する分離膜面積を変化させることができる場合には、分離膜と原料燃料との接触面積を増大させることが高ＲＯＮ燃料の生成量を増大させるために有効である。
【００６８】
更に、上記説明から低ＲＯＮ燃料の生成量を増大させるためには、分離膜作動条件を上記とは逆方向に変化させれば良いことが理解できよう。従って、図５の実施形態においてレベルセンサ７１５で検出したサブタンク７内の液面レベルが低下した場合には、分離膜により生成される低ＲＯＮ燃料の量を増大するために原料燃料の供給圧力は低下され、低圧区画内の圧力は上昇せしめられ、原料燃料の温度は低下される。
【００６９】
タンク５と７０１内の分離燃料量に基づいて分離装置１０による分離燃料の生成量を制御する他に、本実施形態ではＥＣＵ３０は分離燃料のオクタン価をも制御している。
【００７０】
すなわち、ＥＣＵ３０は後述する方法で機関１の運転中に使用中の分離燃料のオクタン価を検出し、高ＲＯＮ燃料または低ＲＯＮ燃料のオクタン価が所望の値になるように分離装置１０の上記作動条件を制御する。
【００７１】
例えば、高ＲＯＮ燃料のオクタン価が所望の値より低い場合には、ＥＣＵ３０は、例えばバキュームポンプ１１９の流量を増大して低圧区画１０５の負圧を増大させるか、もしくは加熱器１１７の温度を上昇させて原料燃料の温度を上昇させる。これにより、分離膜１０１を透過する芳香族成分の透過速度が増大し、高ＲＯＮ燃料中の芳香族成分の割合が増大するため、高ＲＯＮ燃料のオクタン価は増大する。また、高ＲＯＮ燃料のオクタン価と低ＲＯＮ燃料のオクタン価とは、反対の変化をするため低ＲＯＮ燃料のオクタン価が所望の値より高い場合にも同様の操作を行う事により、低ＲＯＮ燃料のオクタン価を所望の値に調整することができる。
【００７２】
上記のように、分離燃料の生成量と性状とを検出して、分離装置の作動条件をそれに応じて制御することにより、分離燃料の生成量または性状（オクタン価）を所望の値に制御する事が可能となるため、安定した生成量と性状の分離燃料を得ることが可能となる。
【００７３】
次に、ＥＣＵ３０により実行される使用燃料のオクタン価検出操作について説明する。本実施形態では、ＥＣＵ３０は機関負荷、回転数、空燃比などの運転条件と、ノッキングが生じる点火時期とに基づいて、使用燃料のオクタン価を間接的に検出する。
【００７４】
例えば、通常運転時には機関点火時期は機関負荷、回転数が高いほど、また、混合気の空燃比が高いほど（希薄であるほど）進角側に設定されている。ところが、使用する燃料のオクタン価が変化すると同一の運転条件であってもノッキングの生じる点火時期が変化する。すなわち、燃料のオクタン価が増大するとノッキングが生じる点火時期は進角側に移行し、オクタン価が低下すると遅角側に移行する。
【００７５】
本実施形態では、予めオクタン価の異なる燃料を用いて、機関負荷、回転数、空燃比の組合わせを変えて機関を運転し、それぞれの運転条件において燃料オクタン価毎にノッキングが生じない最も進角側の点火時期（ノック限界点火時期）を測定してある。運転条件が同一であれば、ノック限界点火時期は燃料オクタン価と１対１の対応を示すため、運転条件とノック限界点火時期とが判れば、使用燃料のオクタン価を求めることができる。本実施形態では、燃料オクタン価をノック限界点火時期と機関負荷、回転数、空燃比などの運転条件とを用いた数値テーブルの形に整理してＥＣＵ３０のＲＯＭに格納してある。
【００７６】
ＥＣＵ３０は、高ＲＯＮ燃料と低ＲＯＮ燃料とのいずれかで機関を運転中にノックセンサ３５で機関のノッキングが検出されると、点火時期を一定量ずつ遅角させるノッキング抑制操作を行う。そして、ノッキングが消えたときの点火時期（すなわち、ノック限界点火時期）とそのときの機関運転条件（燃料供給量、回転数、排気空燃比センサ３３で検出した排気空燃比など）とからＲＯＭに格納した上記燃料オクタン価の数値テーブルを検索し、使用燃料のオクタン価を算出するようにしている。
【００７７】
なお、上記は機関運転中にノッキングが生じたときにオクタン価検出操作を行っているが、ノッキングが生じていない運転時に点火時期を進角させて人為的にノッキングを生じさせることにより、ノッキングが生じ始める点火時期（すなわちノック限界点火時期）を検出する事によっても上記数値テーブルを用いて使用燃料のオクタン価を算出することが可能である。
【００７８】
本実施形態では、上記のいずれかの方法により使用中の燃料のオクタン価を機関運転中に検出する事により、検出したオクタン価が所望のオクタン価に一致するように分離装置１０の作動条件を調節することが可能となり、分離装置１０により安定したオクタン価を有する分離燃料（高ＲＯＮ燃料及び低ＲＯＮ燃料）を生成することが可能となる。
【００７９】
次に、分離装置１０の始動時の問題について説明する。
前述したように、低ＲＯＮ燃料は着火、燃焼が良好であるため、例えば機関始動時や冷間運転時には低ＲＯＮ燃料を用いて機関を運転することが好ましい。
しかし、図１の実施形態のように低ＲＯＮ燃料用供給通路にサブタンクを備えていない燃料供給装置では、機関始動時に低ＲＯＮ燃料を機関に供給するためには、機関始動と同時に分離装置１０を作動させて生成した低ＲＯＮ燃料を機関に供給する必要がある。
【００８０】
しかし、分離装置１０は流量、圧力、温度などの作動条件が所定の値に調節されない限り、安定した低ＲＯＮ燃料を生成することができない。このため、機関始動と同時に分離装置１０を作動させたのでは、機関始動時にオクタン価の十分に低い低ＲＯＮ燃料を機関に供給できない問題がある。
【００８１】
図５の実施形態のように、低ＲＯＮ燃料用のサブタンク７を設ければ、予めサブタンク７に貯留した低ＲＯＮ燃料により機関を始動することが可能となるため、上記始動時の問題は生じないが、サブタンク７や低ＲＯＮ燃料用の高圧供給ポンプ７０３等を別途設けると装置が複雑になり装置コストが増大する問題がある。
【００８２】
図６、図７の実施形態では、低ＲＯＮ燃料用のサブタンクと低ＲＯＮ燃料用の高圧供給ポンプとを設けることなく上記始動時の問題を解決している。
図６は低ＲＯＮ燃料用供給通路２１３の一部に比較的大きな容積部（リザーバ）６０を設けた例を示している。図６において、図１と同じ参照符号は同様な要素を示すものとする。図６のリザーバ６０は、単に供給配管２１３に大径部を設けただけの簡単な構成であり、サブタンクとは異なり分離装置１０の作動中はリザーバ６０内には常に低ＲＯＮ燃料が充満しており燃料の自由液面は形成されない。
【００８３】
機関運転中に低ＲＯＮ燃料を使用した運転が行われると、リザーバ６０を通過して高圧の低ＲＯＮ燃料が機関に供給されるが、分離装置１０が停止されて供給配管２１３内の流れがなくなった状態では、リザーバ６０は内部に低ＲＯＮ燃料が充満した状態になり、機関停止後も内部に低ＲＯＮ燃料を貯留した状態となる。本実施形態では、機関始動と同時に高圧供給ポンプ１１５、加熱器１１７、バキュームポンプ１１９等を起動して分離装置１１の作動を開始する。
【００８４】
しかし、分離装置１０内の作動条件が安定したオクタン価の低ＲＯＮ燃料を生成できる状態になるまでは時間を要するため、分離装置作動開始直後は低ＲＯＮ燃料用供給配管には、ほとんど原料燃料と同等の組成の燃料しか供給されない。
【００８５】
この場合にも、本実施形態では供給通路２１３にはリザーバ６０が設けられているため、分離装置１０から燃料供給通路２１３に燃料が供給されるとリザーバ６０内に貯留された低ＲＯＮ燃料が押出されて機関に供給されるようになる。このため、分離装置１０の作動条件が整わない機関始動時にも、リザーバ６０内に貯留された低ＲＯＮ燃料を用いて機関を始動することが可能となる。
【００８６】
図７は、図５のサブタンク７に代えてアキュムレータ７０を設けた場合を示す。図７において、図５と同じ参照符号は同様な要素を示すものとする。本実施形態では、ガス圧またはスプリング力により内部の低ＲＯＮ燃料を加圧状態に保持することが可能なアキュムレータを使用したため、低ＲＯＮ燃料用高圧供給ポンプ７０３を設けることなく機関始動時に低ＲＯＮ燃料を機関に供給可能となっている。
【００８７】
図７の例では、分離装置１０が安定した組成の低ＲＯＮ燃料を生成可能な状態で作動している場合には、切替弁７１３は分離装置１０からの低ＲＯＮ燃料をアキュムレータ７０に供給する位置に保持される。これにより、分離装置１０から供給される高圧の低ＲＯＮ燃料はアキュムレータ７０に加圧状態で貯留される。また、機関停止時には、切替弁７１３は分離装置とリターン配管７１７とを接続する位置に切替えられる。これにより、アキュムレータ７０内には機関停止中も低ＲＯＮ燃料が加圧状態で保持される。
【００８８】
次に機関が始動された場合には、切替弁７１３はリターン配管７１７と分離装置１０とを接続する位置に保持したままで分離装置を作動させる。このため、分離装置１０から供給される初期の燃料は切替弁７１３からリターン配管７１７を通って原料燃料タンク３に還流する。なお、リターン配管７１７には、分離装置１０の高圧区画１０３の圧力を保持するために、一定圧力以上で開弁し、切替弁７１３からの燃料を原料燃料タンク３に還流するリリーフ弁７７０が設けられている。
【００８９】
すなわち、機関始動時で分離装置１０で安定した低ＲＯＮ燃料を生成できない期間は、分離装置で生成される低ＲＯＮ燃料は原料燃料タンク３に還流され、変りにアキュムレータ７０内に加圧保持された低ＲＯＮ燃料が機関に供給されるようになる。このため、機関始動と同時に低ＲＯＮ燃料を機関に供給することが可能となる。
【００９０】
なお、分離装置１０の作動条件（流量、圧力、温度）のうち、流量と圧力条件は分離装置１０の作動開始から比較的短時間で必要な値まで上昇させることができるが、原料燃料の温度、正確には高圧区画１０３内の原料燃料と分離膜１０１との接触部の温度を上昇させるためには比較的長い時間が必要となる。また、分離装置１０の作動中には分離膜の低圧区画１０５側では浸出した燃料が常に気化しているため、分離装置１０の作動中は装置１０内から高ＲＯＮ燃料ペーパとともに熱が流出している。
【００９１】
従って、分離装置１０内の高温を維持するためには、分離装置１０から大気への熱放散を防止するとともに、燃料の気化熱に相当する熱を与える必要がある。このため、分離装置１０のハウジング１００周囲には保温材を設けて、大気への熱放散を防止するとともに、ハウジング１００と保温材との間にはジャケットまたは配管を設けて機関の高温冷却水（或は機関の排気）を流通させて分離装置１０を保温加熱するようにすれば、分離装置の加熱に要するエネルギーを低減することができる。
【００９２】
また、機関の高温冷却水または高温排気を得ることができない機関始動時にも分離装置１０内の原料燃料を短時間で昇温し、安定した分離燃料を生成できるようにするためには、分離装置内部にシート状または巻線状の電気ヒータを設けることが好ましい。これにより、分離装置作動後短時間で原料燃料と分離膜との接触温度を上昇させることができるため、分離装置作動後の安定した分離燃料が生成されるまでの時間を短縮することができる。
【００９３】
次に、機関運転条件に応じた高ＲＯＮ燃料と低ＲＯＮ燃料との使い分けについて説明する。
前述したように、燃料のオクタン価は低いほど着火、燃焼が良好になるため、機関の排気中の未燃炭化水素が減少し、排気性状が良好になる。しかし、一方では燃料のオクタン価は低いほど燃焼室内で自己着火しやすくなるため、機関の出力が最も増大する点火時期で機関を運転するとノッキングが生じるようになる。このため、オクタン価の低い燃料を使用するとノッキングを防止するために点火時期を最適値より遅角させねばならず、機関の十分な出力を得られない問題がある。従って、燃料のオクタン価はノッキングが生じない範囲でできるだけ低いことが望ましい。
【００９４】
また、低ＲＯＮ燃料は着火、燃焼が良好であるため機関始動時や機関冷間時には低ＲＯＮ燃料を機関に供給すれば機関の燃焼を改善することできる。
一方、高ＲＯＮ燃料はノッキングが生じにくいため、機関の高出力運転時にもノッキングを生じることなく点火時期を最適値まで進角させることができる。このため、機関高出力運転時には高ＲＯＮ燃料を使用して機関出力を増大することができる。
【００９５】
また、燃料のオクタン価はノッキングが生じない範囲でできるだけ低いことが好ましい。このため、高ＲＯＮ燃料と低ＲＯＮ燃料とを混合して中間オクタン価燃料を生成して機関の中出力運転時に使用するようにすれば、ノッキングの発生を抑制しながら機関の燃焼状態を改善し、出力の向上と排気性状の改善を図ることが可能となる。
【００９６】
中間オクタン価燃料は、高ＲＯＮ燃料と低ＲＯＮ燃料とを、例えば図４に示したような燃料切替え機構を用いて混合するか、もしくは後に図８、図９で説明するように気筒に高ＲＯＮ燃料と低ＲＯＮ燃料とを個別に同時に供給して気筒内に供給される燃料のオクタン価を調整することにより得ることができる。
【００９７】
次に、成層燃焼と均質混合気燃焼とを切替えて運転可能な機関に本発明を適用した場合の高ＲＯＮ燃料と低ＲＯＮ燃料との使い分けについて説明する。
均質混合気燃焼は、機関燃焼室内に燃料と空気との均一な混合気を形成し、この混合気にスパークプラグで着火することにより燃焼を行う。しかし、均質混合気燃焼では、燃焼室内の混合気全体の空燃比が可燃範囲にある必要があるため、混合気の空燃比を高く（希薄に）することができず、燃費や排気性状（例えばＮＯ_X濃度）を充分に改善することができない問題がある。
【００９８】
一方、成層燃焼は、気筒の圧縮行程後期に気筒内に燃料を噴射することにより、スパークプラグ近傍に可燃空燃比の混合気を成層させるものである。このようにスパークプラグまわりに可燃空燃比混合気を成層させることにより、気筒全体としての空燃比は均質混合気燃焼の場合に較べて大幅に高く（希薄に）維持しながら、安定した燃焼を行うことが可能となる。
【００９９】
しかし、成層燃焼では、燃焼室内の混合気の空燃比はプラグまわりに成層した可燃空燃比の混合気層から燃焼室周囲に向うにつれて高く（希薄）になる。このため、プラグまわりの可燃空燃比混合気層で着火した火炎が周囲の希薄混合気層に円滑に伝播しないと周囲の希薄混合気層で燃焼の悪化が生じ、機関出力の低下や排気中の未燃炭化水素の増大が生じる場合がある。
【０１００】
本実施形態では、機関で成層燃焼を行う場合には低ＲＯＮ燃料を使用することにより上記問題を解決している。前述のように、低ＲＯＮ燃料は着火性が良好であるため、成層燃焼時に可燃空燃比混合気層で生じた火炎が極めて容易に周囲の希薄混合気層に伝播するようになる。このため、機関の成層燃焼運転時に低ＲＯＮ燃料を使用することにより、燃焼が改善され機関出力が増大するとともに排気性状が改善されるようになる。なお、低ＲＯＮ燃料は機関の成層燃焼運転における全ての運転領域で使用するようにしても良いし、成層燃焼運転における特定の領域（特に燃焼が悪化しやすい運転領域）のみ使用するようにしても良い。
【０１０１】
また、高ＲＯＮ燃料を成層燃焼運転における特定の領域で使用するようにしても良い。例えば、成層燃焼運転中の機関負荷が比較的高く回転数が比較的低い運転状態では、燃料噴射量が増大するために気筒内に成層した混合気層の空燃比は比較的低く（リッチに）なる。この場合、混合気層の周辺部の空燃比も比較的低くなるため成層燃焼であっても周囲の希薄混合気層への火炎の伝播が困難になる問題は生じない。従って、機関負荷が高く回転数が低い運転領域では、たとえ成層燃焼運転であっても高ＲＯＮ燃料を使用することが好ましい。
【０１０２】
また、機関が均質混合気燃焼運転をされている場合には、機関始動時や冷間運転時を除いて高ＲＯＮ燃料を使用する事により、機関出力の増大と燃費の向上を得ることができる。また、この場合にも、高ＲＯＮ燃料は均質混合気燃焼を行う全ての機関運転領域で使用するようにしても良いし、均質混合気燃焼運転における特定の領域（例えば、特にノッキングの発生しやすい運転領域）のみ用いるようにしても良い。更に、実際には均質混合気燃焼運転時にも機関負荷あるいは機関の運転空燃比に応じて燃料のオクタン価を変更することが望ましい。このため、例えば、低負荷運転時には燃焼の悪化を防止するために低ＲＯＮ燃料を使用し、高出力運転時には出力増大が可能な高ＲＯＮ燃料を使用するとともに、中間出力領域では、高ＲＯＮ燃料と低ＲＯＮ燃料とを混合して生成した中オクタン価燃料を使用して機関を運転するようにすることも可能である。
【０１０３】
また、本実施形態では、分離装置１０の作動条件を調整することにより低ＲＯＮ燃料のオクタン価を低下させることが可能である。このため、充分に低いオクタン価の低ＲＯＮ燃料を使用すれば、スパークプラグを用いずに燃焼室内に噴射された燃料を自己着火させることが可能となる。自己着火燃焼では、燃焼室全体としての空燃比や希薄混合気への火炎の伝播性などは問題とならないため、成層燃焼に比較しても更に高い（希薄な）空燃比でしかも良好な燃焼を得ることが可能となる。
【０１０４】
従って、例えば中、低出力運転時には低ＲＯＮ燃料を用いた自己着火燃焼運転を行い、高出力運転時には高ＲＯＮ燃料を用いて均質混合気の火花着火燃焼を行うようにすれば、機関の全運転領域で出力の増大と排気性状の改善を得ることが可能となる。
【０１０５】
上述したように、機関を自己着火燃焼モードで運転することにより、成層燃焼モードでの運転より更に高い空燃比でありながら燃焼状態が向上する。しかし、自己着火燃焼モードでは気筒内の混合気全体が極めて短時間で燃焼するため、機関出力増大時に燃焼室に供給される燃料量が増大すると（すなわち、混合気の空燃比が低下すると）ノッキングが生じる。このため、自己着火燃焼モードでは比較的少量の燃料しか機関燃焼室に供給することができない。
【０１０６】
自己着火燃焼と同等の良好な燃焼を維持しながら機関出力を増大させるためには、別のタイプの自己着火燃焼である点火誘導自己着火燃焼を用いることができる。
点火誘導自己着火燃焼においては、成層燃焼の場合と同様に燃料はスパークプラグ周辺に混合気層を形成するように気筒内に噴射される。燃焼室内における混合気の空燃比は燃焼室中心で最も低く、燃焼室周囲になるにつれて高く（リーンに）なる。すなわち、燃焼室内の混合気には空燃比の空間的分布が生じている。
【０１０７】
混合気がスパークプラグにより点火されると混合気層のスパークプラグ周辺の可燃空燃比になっている部分が着火し燃焼する。点火誘導自己着火燃焼においては、燃焼室周辺での混合気の空燃比が高いため、スパークプラグ近傍で混合気の燃焼が生じても燃焼室周辺部への火炎の伝播は生じない。しかし、混合気の一部が燃焼すると燃焼室内の圧力と温度とが上昇し、これにより残りの（空燃比の高い）混合気の自己着火が誘発されるようになる。この混合気の自己着火は、空燃比の低い混合気部分がスパークプラグにより点火されて燃焼した後に生じる。また、この場合の自己着火は混合気の空燃比が高い領域で生じるため、自己着火は徐々に生じるようになる。従って、通常の自己着火燃焼の場合に比べて、点火誘導自己着火燃焼では混合気の燃焼が比較的長い時間をかけて生じるようになる。
【０１０８】
ところで、混合気の自己着火は空燃比が低い（リッチな）場合には比較的容易に生じる。従って、点火誘導自己着火燃焼ではスパークプラグ周りの比較的空燃比の低い混合気層の燃料のオクタン価は、この部分の混合気がスパークプラグによる点火前に自己着火してしまうことを防止するために高い方が好ましい。一方、燃焼室周辺部では混合気の空燃比が高くなっているため自己着火が生じにくい。このため、燃焼室周辺部では混合気層の燃料のオクタン価は高い方が自己着火を容易にする上で好ましい。
このように相反した要求を満たす必要がある場合には、高ＲＯＮ燃料と低ＲＯＮ燃料との中間のオクタン価を有する燃料、すなわち中間オクタン価燃料を使用することが好ましい。
【０１０９】
本実施形態では、機関は低負荷運転時には自己着火燃焼モードで低ＲＯＮ燃料を用いて運転され、高負荷運転時には均質燃焼モードで高ＲＯＮ燃料を用いて運転される。更に、本実施形態では中間負荷での運転時には、機関は点火誘導自己着火燃焼モードで、高ＲＯＮ燃料と低ＲＯＮ燃料とから生成される中間オクタン価燃料を用いて運転される。従って、本実施形態によれば機関の全運転領域にわたって燃費と排気性状とが改善される。
【０１１０】
更に、機関の運転モードが、自己着火燃焼モードと点火誘導自己着火燃焼モードと火花点火モードとの３つの運転モード間で切換えられる場合には、点火誘導自己着火燃焼モードにおける使用燃料のオクタン価を機関負荷に応じて変更することにより運転モードのスムーズな切換えを行うことが可能となる。点火誘導自己着火燃焼モードにおいては、機関は低ＲＯＮ燃料、高ＲＯＮ燃料及び中間オクタン価燃料で運転することができる。従って、機関が点火誘導自己着火燃焼モードでの運転時に比較的負荷の高い運転領域では中間オクタン価燃料に代えて高ＲＯＮ燃料を使用することにより、機関出力の急変を生じることなく点火誘導自己着火燃焼モードと火花点火燃焼モードとの間の切換えをスムーズに行うことができる。同様に、機関の点火誘導自己着火燃焼モードでの運転時に比較的負荷の低い運転領域では中間オクタン価燃料に代えて低ＲＯＮ燃料を使用することにより、自己着火燃焼モードと点火誘導自己着火燃焼モードとの間の切換えをスムーズに行うことができる。
【０１１１】
上記した実施形態では、機関の運転モードは自己着火燃焼モード、点火誘導自己着火燃焼モード、及び火花点火燃焼モードの３つの運転モードの間で切換えられていた。すなわち、機関負荷に応じて３種類の運転モードが全て使用されていた。しかし、本発明は機関が３種類の運転モード全てを使用する場合に限定されるわけではなく、例えば機関が、（Ａ）点火誘導自己着火燃焼モードと火花点火燃焼モード、或は（Ｂ）自己着火燃焼モードと点火誘導自己着火燃焼モードとの２つの運転モードの間で切換えられる場合の燃料のオクタン価の選択にも適用可能である。
【０１１２】
機関の運転モードが点火誘導自己着火燃焼モードと火花点火燃焼モードとの間で切換えられる場合（上記（Ａ））、点火誘導自己着火燃焼モードは機関が低負荷または中負荷で運転される場合に用いられる。この場合、機関の低負荷運転では低ＲＯＮ燃料が使用され、中負荷運転では中間オクタン価燃料が使用される。また、機関が高負荷で運転される場合には火花点火燃焼モードでの運転が行われ、高ＲＯＮ燃料が使用される。
上記の燃料を用いて、機関の運転モードを点火誘導自己着火燃焼モードと火花点火燃焼モードとの間で切換えることにより、機関の圧縮比を低下させ、それにより機関を小型軽量化し、しかも、より低騒音化することが可能となる。
【０１１３】
機関の運転モードが自己着火燃焼モードと点火誘導自己着火燃焼モードとの間で切換えられる場合（上記（Ｂ））、機関の低負荷運転領域では自己着火燃焼モードが選択され、機関の中負荷及び高負荷運転領域では点火誘導自己着火燃焼モードが選択される。
【０１１４】
この場合、機関の自己着火燃焼モードでの低負荷運転時には低ＲＯＮ燃料が、点火誘導自己着火燃焼モードでの中負荷運転時と高負荷運転時には、それぞれ中間オクタン価燃料と高ＲＯＮ燃料とが使用される。
上記の燃料を用いて機関の運転モードを自己着火燃焼モードと点火誘導自己着火燃焼モードとの間で切換えることにより、機関の圧縮比を増大させ、それにより機関の効率を向上させるとともに運転モードのスムーズな切換えを行うことができる。
【０１１５】
更に、使用燃料を機関負荷に応じて選択することにより、機関を全ての運転領域にわたって点火誘導自己着火燃焼モードで運転することも可能である。この場合、低負荷運転では低ＲＯＮ燃料が、高負荷運転では高ＲＯＮ燃料が、それぞれ使用され、中負荷運転では中間オクタン価燃料が使用される。この場合には、機関は点火誘導自己着火燃焼モードのみで運転されるため運転モードの切換えの必要はなくなり、機関の制御が大幅に簡素化される。
【０１１６】
ところで、分離装置１０では原料燃料中の芳香族成分を選択的に分離膜１０１を透過させることにより高ＲＯＮ燃料と低ＲＯＮ燃料とを得ている。一般にガソリンの原料となる原油中には硫黄が含まれるが、ガソリン精製の過程で原油中の硫黄はそのほとんどが除去される。しかし、通常の脱硫処理では原油中の硫黄の全部を除去することはできないため、製品ガソリン中にも微量の硫黄成分が残留している。ところが、原料燃料中の芳香族成分を選択的に透過させる分離膜１０１を用いて原料燃料を高ＲＯＮ燃料と低ＲＯＮ燃料とに分離すると、ガソリン中に残留した硫黄の大部分が高ＲＯＮ燃料側に移動し、低ＲＯＮ燃料の硫黄の含有量が極めて低くなることが判明している。現状では、この理由は完全には明らかになっていないが、例えばガソリン中に残留する硫黄の大部分が芳香族成分と結合した形になっており、分離装置１０では芳香族成分とともに分離膜１０１を透過することによる可能性、或は、ガソリン中に硫黄が例えばチオフェン（ｔｈｉｏｐｈｅｎｅ，Ｃ₄Ｈ₄Ｓ）等の別の形態で残留しており、このチオフェン等の物質が芳香族と同様に優先的に分離膜を透過することによる可能性等がある。いずれにせよ、現実に分離装置では原料燃料中の硫黄の大部分は高ＲＯＮ燃料側に移動し、分離された低ＲＯＮ燃料の硫黄の含有量は極めて低くなることが判明している。
【０１１７】
燃料中に硫黄が含まれていると、排気通路に排気浄化触媒を設けた機関ではいわゆる硫黄被毒が生じる場合がある。特に、リーン空燃比運転中に排気中のＮＯ_Xを吸収し、吸収したＮＯ_Xを放出し、還元浄化するＮＯ_X吸蔵還元型の排気浄化触媒では、燃料中の硫黄の燃焼により生じるＳＯ_Xが排気中のＮＯ_Xとともに触媒に吸収されるようになる。しかし、触媒内に吸蔵されたＳＯ_X成分は安定した化合物となるため、触媒が比較的高温（例えば５００℃以上）にならないと単に空燃比をリッチにしただけでは触媒から放出されない。このため、燃料中に硫黄成分が含まれていると、徐々に触媒に硫黄が蓄積されてしまい、蓄積された硫黄に相当する分だけ触媒のＮＯ_X吸収貯蔵能力が低下するようになり、硫黄被毒が生じるのである。
【０１１８】
このため、例えば機関の触媒温度（または触媒温度と略等しくなる排気温度）を直接検出し（または、機関の運転条件と排気温度とは相関があるため、機関の負荷、回転数などの運転条件に基づいて排気温度を推定するようにしても良い）、触媒温度または排気温度が上述した触媒からのＳＯ_X放出温度（例えば５００℃）より低い場合には、硫黄分含有量が極めて低い低ＲＯＮ燃料を使用してＳＯ_Xの蓄積により硫黄被毒が生じることを防止するようにすることができる。この場合、触媒温度がＳＯ_X放出温度以上の領域ではＳＯ_X成分は触媒から放出され、触媒内には蓄積されないため、触媒温度（排気温度）がＳＯ_X放出温度より高くなる高出力運転時には、低ＲＯＮ燃料に代えて高ＲＯＮ燃料を使用することにより、機関出力の増大を得ることができる。
【０１１９】
次に、分離装置で分離された燃料の機関への供給方法の他の実施形態について説明する。
図１、図５、図６及び図７で説明した実施形態では、デュアルデリバリパイプ２０と燃料切替え機構２１付きの単一の筒内燃料噴射弁１１０を用いて、高ＲＯＮ燃料と低ＲＯＮ燃料との切替えおよび中ＲＯＮ燃料の生成及び供給を行っていた。
【０１２０】
しかし、機関への燃料供給方法は上記に限られるわけでなく、それぞれの燃料専用の筒内燃料噴射弁を個別に（すなわち１気筒あたり２つの筒内燃料噴射弁を）設けるようにしてもよい。更に、個別の燃料噴射弁を設ける場合にも、両方の燃料噴射弁を筒内燃料噴射弁とせずに、一方を各気筒の吸気ポートに燃料を噴射するポート燃料噴射弁とすることも可能である。
【０１２１】
また、前述の実施形態では、分離装置１０から流出する高圧の低ＲＯＮ燃料を直接デリバリパイプに供給する場合（図１、図６、図７）と、一旦サブタンク７に低ＲＯＮ燃料を貯留してから機関に供給する場合（図５）の２つの装置構成について説明したが、これらの装置構成によっても採用する燃料供給方法が異なってくる。
【０１２２】
そこで、以下に低ＲＯＮ燃料（分離装置出口での圧力が高い分離燃料）が直接デリバリパイプに供給される場合（図８）と、分離装置から出た後に低ＲＯＮ燃料をサブタンクに一旦貯留する場合（図９）とに分けて、機関への燃料供給方法の種類を説明する。
【０１２３】
図８は、低ＲＯＮ燃料が分離装置１０から直接機関に供給される場合の燃料供給法を説明する図１と同様な図である。図８において、図１と同じ参照符号は図１と同様な要素を表すものとする。
図８において、機関１には各気筒あたり２つの燃料噴射弁（８１と８１ａ）とが設けられている。図８では、各気筒の２つの燃料噴射弁８１と８１ａとはともに気筒内に直接燃料を噴射する筒内燃料噴射弁とされており、それぞれデリバリパイプ８０と８０ａとから供給される燃料を各気筒内に噴射する。また、図８において８３、８３ａで示すのは、デリバリパイプ８０、８０ａ内の燃料圧力を検出する燃料圧力センサ、８５、８５ａで示すのはデリバリパイプ８０，８０ａ内の燃料圧力が予め定めた設定値を超えたときに開弁して、デリバリパイプ８０，８５ａ内の燃料をリターン通路２２３，２２３ａを介して原料燃料タンク３に戻すリリーフ弁である。
【０１２４】
図８では、デリバリパイプ８０には分離装置１０から高圧の低ＲＯＮ燃料が直接供給されており、デリバリパイプ８０ａには、サブタンク５に一旦貯留された高ＲＯＮ燃料が燃料ポンプ８８で昇圧され、燃料供給配管８７を介して供給される。この場合、燃料ポンプ８８は筒内燃料噴射に充分な圧力まで燃料圧力を上昇させる高圧ポンプとされる。
【０１２５】
すなわち、本実施形態では低ＲＯＮ燃料は分離装置から直接デリバリパイプ８０に供給され、燃料噴射弁８１から各気筒に噴射され、高ＲＯＮ燃料は一旦サブタンク５に貯留された後、燃料ポンプ（高圧燃料ポンプ）８８で昇圧されてからデリバリパイプ８０ａに供給され、燃料噴射弁８１ａから各気筒に噴射される。
【０１２６】
このように、低ＲＯＮ燃料と高ＲＯＮ燃料とを別々の燃料噴射弁を介して各気筒に供給するようにしたことにより、一方の燃料噴射弁のみから燃料噴射を行う場合には、低ＲＯＮ燃料から高ＲＯＮ燃料、或は高ＲＯＮ燃料から低ＲＯＮ燃料への切替えを瞬時に行うことが可能となり、短時間で燃料のオクタン価を切換えることが可能となる。また、両方の燃料噴射弁（８１、８１ａ）からそれぞれ機関の負荷、回転数などの運転状態に応じて任意の比率で高ＲＯＮ燃料と低ＲＯＮ燃料とを噴射することが可能となるため、機関に供給する燃料のオクタン価を機関の運転状態に応じて調節することが可能となる。
【０１２７】
なお、図８において、低ＲＯＮ燃料は分離装置１０から機関（デリバリパイプ）に直接供給されるため、原料燃料の高圧供給ポンプ１１５の吐出圧力と略等しい圧力となっている。このため、低ＲＯＮ燃料圧力は筒内燃料噴射に適した高圧になっているのに対して、高ＲＯＮ燃料は、一旦サブタンク５に貯留した後、燃料ポンプ８８を用いて昇圧するため、機関に任意の圧力で供給することができる。このため、高ＲＯＮ燃料をポート燃料噴射弁を用いて機関の吸気ポートに噴射するようにすれば、燃料ポンプ８８として比較的低い吐出圧力のものを使用でき、更に燃料噴射弁８１ａ自体のコストも低減できるため、燃料噴射弁８１ａとして筒内燃料噴射弁を用いた場合に較べて装置全体のコストを削減することができる。また、この場合、ポート燃料噴射弁としては、各気筒の吸気ポートに個別に燃料を噴射するマルチポイントインジェクタを使用しても良いし、全部の吸気マニホルドに燃料噴射を噴射するシングルポイントインジェクタを用いて、単一の燃料噴射弁から各気筒に燃料を供給するようにすることも可能である。
【０１２８】
すなわち、分離装置１０から低ＲＯＮ燃料（高圧燃料）を直接機関に供給する場合には、次の２つの燃料供給方法が可能である。
（１）低ＲＯＮ燃料と高ＲＯＮ燃料との両方を筒内燃料噴射弁を用いて機関に供給する。
（この場合、図１のように燃料切替え機構付き燃料噴射弁を用いて単一の筒内燃料噴射弁で両方の燃料を供給しても良いし、図８のようにそれぞれの燃料専用の筒内燃料噴射弁を設けても良い。）
【０１２９】
（２）低ＲＯＮ燃料を筒内燃料噴射弁から、高ＲＯＮ燃料をポート燃料噴射弁から機関に供給する。
この場合、高ＲＯＮ燃料用のポート燃料噴射弁としては、マルチポイントインジェクタを使用しても良いし、シングルポイントインジェクタを使用してもよい。
【０１３０】
図９は、低ＲＯＮ燃料が一旦サブタンク７に貯留され、その後燃料ポンプで昇圧されて機関に供給される場合を示している。図９において、図１、図５と同一の参照符号は同様な要素を表すものとする。
【０１３１】
図９において、７は低ＲＯＮ燃料用サブタンク、９８は低ＲＯＮ燃料用の高圧燃料ポンプ、９０、９１は低ＲＯＮ燃料用のデリバリパイプと筒内燃料噴射弁とを示す。また、５は高ＲＯＮ燃料用サブタンク、９８ａは高ＲＯＮ燃料用の高圧燃料ポンプ、９０ａ、９１ａはそれぞれ高ＲＯＮ燃料用のデリバリパイプと筒内燃料噴射弁とを示す。
【０１３２】
すなわち、この場合には、高ＲＯＮ燃料と低ＲＯＮ燃料とは個別の高圧燃料ポンプにより筒内燃料噴射に適した高圧まで昇圧され、それぞれ筒内燃料噴射弁から機関に供給される。しかし、図９のように低ＲＯＮ燃料用サブタンク７と高ＲＯＮ燃料用サブタンク５とに一旦低ＲＯＮ燃料と高ＲＯＮ燃料とを貯留して燃料ポンプを用いてそれぞれの燃料を昇圧する場合には、機関への燃料供給圧力は任意に設定できるため、低ＲＯＮ燃料と高ＲＯＮ燃料とのそれぞれで筒内燃料噴射とポート噴射とを選択することができる。このため、図９のように低ＲＯＮ燃料と高ＲＯＮ燃料とを一旦サブタンクに貯留する燃料供給装置では、機関への燃料噴射の形式として以下の４つの種類を選択することが可能である。
【０１３３】
（１）低ＲＯＮ燃料と高ＲＯＮ燃料との両方を筒内燃料噴射弁を用いて機関に供給する。（この場合、筒内燃料噴射弁としては図１のように燃料切替え機構付き燃料噴射弁を用いて単一の筒内燃料噴射弁で両方の燃料を供給しても良いし、図８のようにそれぞれの燃料専用の筒内燃料噴射弁を設けても良い。）
【０１３４】
（２）低ＲＯＮ燃料と高ＲＯＮ燃料とをそれぞれポート燃料噴射弁を用いて機関に供給する。（この場合には、ポート燃料噴射弁としては、マルチポイントインジェクタとシングルポイントインジェクタのいずれか一方または両方を使用することができる。）
（３）低ＲＯＮ燃料を筒内燃料噴射弁から、高ＲＯＮ燃料をポート燃料噴射弁から機関に供給する。
（４）低ＲＯＮ燃料をポート燃料噴射弁から、高ＲＯＮ燃料を筒内燃料噴射弁から機関に供給する。
【０１３５】
このように、低ＲＯＮ燃料と高ＲＯＮ燃料との両方を一旦それぞれのサブタンクに貯留してから機関に供給することにより、燃料噴射方式の選択の自由度が増大するため、機関の形式、用途などに応じて最適な燃料噴射方式をとることが可能となる。
【０１３６】
なお、図８と図９のように、２種類の燃料を個別の燃料噴射弁（及び燃料噴射系統）を用いて機関に供給するようにした場合には、燃料の組合わせの選択の自由度も増大するため、低ＲＯＮ燃料と高ＲＯＮ燃料との組合わせのみでなく、低ＲＯＮ燃料、高ＲＯＮ燃料、中ＲＯＮ燃料、原料燃料などのように異なるオクタン価を有する複数の燃料のなかから２種類の燃料を自由に組合わせて、機関の運転状態に応じて供給することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１３７】
【図１】本発明の燃料供給装置を車両用内燃機関に適用した場合の実施形態の概略構成を模式的に示す図である。
【図２】高オクタン価燃料と低オクタン価燃料とを切替えて機関に供給するための燃料切替え機構を説明する断面図である。
【図３】図３（Ａ）から図３（Ｄ）は図２の切替え機構の作動状態を説明する図である。
【図４】図４（Ａ）から図４（Ｃ）は燃料切替え機構の別の実施形態を説明する図３（Ａ）から（Ｄ）と同様な図である。
【図５】本発明の燃料供給装置の、図１とは異なる実施形態の概略構成を模式的に示す図である。
【図６】本発明の燃料供給装置の、図１、図５とは異なる実施形態の概略構成を模式的に示す図である。
【図７】本発明の燃料供給装置の、図１、図５及び図６とは異なる実施形態の概略構成を模式的に示す図である。
【図８】本発明の燃料供給装置の、図１、図５、図６及び図７とは異なる実施形態の概略構成を模式的に示す図である。
【図９】本発明の燃料供給装置の、図１、図５、図６、図７及び図８とは異なる実施形態の概略構成を模式的に示す図である。

Claims (44)

1. 内燃機関の燃料供給装置であって、
   供給された原料としての燃料を、オクタン価の高い成分を原料燃料より多く含む高オクタン価燃料と、オクタン価の低い成分を原料燃料より多く含む低オクタン価燃料とに分離する分離膜と、
   分離後の高オクタン価燃料と低オクタン価燃料とのそれぞれを個別に内燃機関に供給可能な、互いに独立した高オクタン価燃料用供給通路と、低オクタン価燃料用供給通路とを備え、
   機関運転条件に応じて前記高オクタン価燃料と低オクタン価燃料とのうちいずれか一方または両方を内燃機関に供給することを特徴とする、内燃機関の燃料供給装置。
2. 前記分離膜は、所定のオクタン価範囲の燃料成分を選択的に通過させ、
   更に、前記分離膜における前記所定オクタン価燃料成分の通過量と通過した燃料の性状との少なくとも一方を制御する透過制御手段を備えた、請求項１に記載の内燃機関の燃料供給装置。
3. 前記高オクタン価燃料、低オクタン価燃料、高オクタン価燃料と低オクタン価燃料とを所定の比率で混合した中間オクタン価を有する中間オクタン価燃料、及び原料燃料のうち、異なるオクタン価を有する少なくとも２つの燃料を機関負荷に応じた供給割合で、それぞれ異なる燃料供給通路を通じて内燃機関に供給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供給装置。
4. 前記高オクタン価燃料用供給通路と低オクタン価燃料用供給通路とのうち少なくとも一方の供給通路に、通過する燃料を滞留させる一時貯蔵用容積部を備えた、請求項１に記載の内燃機関の燃料供給装置。
5. 前記高オクタン価燃料用供給通路と低オクタン価燃料用供給通路とのうち少なくとも一方の供給通路に、通過する燃料を滞留させる一時貯蔵用容積部を備えた、請求項２に記載の内燃機関の燃料供給装置。
6. 前記貯蔵用容積部は、機関運転中に滞留する分離燃料の量が予め定めた上限値と下限値との間で変化することを許容可能な貯留タンクである、請求項４に記載の内燃機関の燃料供給装置。
7. 前記分離後の高オクタン価燃料と低オクタン価燃料との生成量もしくは分離後の燃料の性状に関連する前記分離膜の作動条件を検出する分離条件検出手段と、
   分離後の燃料のいずれか一方の生成量が予め定めた値に、もしくは性状が予め定めた性状になるように前記分離膜作動条件を制御する分離処理制御手段と、
   を備えた請求項１に記載の内燃機関の燃料供給装置。
8. 前記分離後の高オクタン価燃料と低オクタン価燃料との生成量もしくは分離後の燃料の性状を検出する手段と、
   分離後の燃料のいずれか一方の生成量が予め定めた値に、もしくは性状が予め定めた性状になるように前記透過制御手段を制御する分離処理制御手段と、
   を備えた請求項２に記載の内燃機関の燃料供給装置。
9. 前記分離膜の一方の側には原料燃料が供給され、他方の側からは分離膜を通過した分離後の燃料が回収され、
   前記分離膜作動条件は、前記分離膜の前記原料燃料供給側に作用する圧力と、前記分離膜の前記分離後燃料回収側に作用する圧力と、前記原料燃料の供給流量とのうち、いずれか１つ以上を含む、請求項７に記載の内燃機関の燃料供給装置。
10. 前記分離膜の作動条件は、前記分離膜に供給される原料燃料の温度と前記分離膜の温度とのうち少なくとも一方を含む、請求項７に記載の内燃機関の燃料供給装置。
11. 前記透過制御手段は、前記分離膜の原料燃料供給側の圧力と、前記分離膜の分離後燃料回収側の圧力とのうち少なくとも一方を制御することにより、前記所定オクタン価燃料成分の透過量と透過した燃料の性状との少なくとも一方を制御する、請求項２に記載の内燃機関の燃料供給装置。
12. 前記透過制御手段は、前記分離膜に供給される原料燃料の温度と前記分離膜の温度とのうち少なくとも一方を制御することにより、前記所定オクタン価燃料成分の透過量と透過した燃料の性状との少なくとも一方を制御する、請求項２に記載の内燃機関の燃料供給装置。
13. 更に、前記貯留タンク内に貯留された分離燃料の量を検出する燃料量検出手段と、
    検出された分離燃料量が上限値まで増大したときに前記分離膜で分離された高オクタン価燃料と低オクタン価燃料とのうち前記貯留タンクに貯留されるべき方の分離燃料を前記原料燃料に還流させることにより前記分離膜における燃料分離処理を継続させる還流手段と、
    を備えた請求項６に記載の内燃機関の燃料供給装置。
14. 更に、前記貯留タンク内に貯留された分離燃料の量を検出する燃料量検出手段と、
    検出された分離燃料量が下限値まで低下したときに前記分離膜で分離された高オクタン価燃料と低オクタン価燃料とのうち前記貯留タンクに貯留されるべき方とは異なる方の分離燃料を前記原料燃料に還流させることにより前記分離膜における燃料分離処理を継続させる還流手段と、
    を備えた請求項６に記載の内燃機関の燃料供給装置。
15. 更に、前記貯留タンク内に貯留された分離燃料の量を検出する燃料量検出手段と、
    前記分離後の高オクタン価燃料と低オクタン価燃料との生成量もしくは分離後の燃料の性状に関連する前記分離膜の作動条件を検出する分離条件検出手段と、
    前記貯留タンク内に貯留された分離燃料の量に基づいて、前記高オクタン価燃料と低オクタン価燃料とのいずれか一方の生成量が予め定めた値になるように前記分離膜作動条件を制御する分離制御手段と、を備えた請求項６に記載の内燃機関の燃料供給装置。
16. 前記高オクタン価燃料用供給通路と低オクタン価燃料用供給通路とのうち少なくとも一方に設けられ、通過する燃料を貯留可能な貯留タンクと、
    前記貯留タンク内に貯留された分離燃料の量を検出する燃料量検出手段と、
    前記貯留タンク内に貯留された分離燃料の量に基づいて、分離後の燃料のいずれか一方の生成量が予め定めた値になるように前記透過制御手段を制御する分離処理制御手段と、
    を備えた請求項２に記載の内燃機関の燃料供給装置。
17. 更に、前記燃料量検出手段により検出された分離燃料量が上限値まで増大したときに前記分離膜で分離された高オクタン価燃料と低オクタン価燃料とのうち前記貯留タンクに貯留されるべき方の分離燃料を前記原料燃料に還流させることにより前記分離膜における燃料分離処理を継続させる還流手段と、
    を備えた請求項１６に記載の内燃機関の燃料供給装置。
18. 更に、前記燃料量検出手段により検出された分離燃料量が下限値まで低下したときに前記分離膜で分離された高オクタン価燃料と低オクタン価燃料とのうち前記貯留タンクに貯留されるべき方とは異なる方の分離燃料を前記原料燃料に還流させることにより前記分離膜における燃料分離処理を継続させる還流手段と、
    を備えた請求項１６に記載の内燃機関の燃料供給装置。
19. 更に、前記分離後の高オクタン価燃料と低オクタン価燃料との生成量もしくは分離後の燃料の性状に関連する前記分離膜の作動条件を検出する分離条件検出手段と、
    前記貯留タンク内に貯留された分離燃料の量に基づいて、前記高オクタン価燃料と低オクタン価燃料とのいずれか一方の生成量が予め定めた値になるように前記分離膜作動条件を制御する分離制御手段と、を備えた請求項１６に記載の内燃機関の燃料供給装置。
20. 前記分離後の高オクタン価燃料と低オクタン価燃料とのうち少なくとも一方のオクタン価を機関運転中に検出するオクタン価検出手段と、検出したオクタン価が予め定めた値になるように前記分離膜の作動条件を制御する分離処理制御手段と、を備えた請求項１に記載の内燃機関の燃料供給装置。
21. 前記分離後の高オクタン価燃料と低オクタン価燃料とのうち少なくとも一方のオクタン価を機関運転中に検出するオクタン価検出手段と、検出したオクタン価が予め定めた値になるように前記透過手段を制御する分離処理制御手段と、を備えた請求項２に記載の内燃機関の燃料供給装置。
22. 前記オクタン価検出手段は、前記高オクタン価燃料と低オクタン価燃料との少なくとも一方を機関に供給中に、ノッキングが発生したときの機関運転状態に基づいてオクタン価を検出する、請求項２０に記載の内燃機関の燃料供給装置。
23. 前記分離膜の一方の側には原料燃料が供給され、他方の側からは分離膜を通過した分離後の燃料の一方が回収され、
    前記分離膜作動条件は、前記分離膜の前記原料燃料供給側に作用する圧力と、前記分離膜の前記分離後燃料回収側に作用する圧力と、前記原料燃料の供給流量とのうち、いずれか１つ以上を含む、請求項２０に記載の内燃機関の燃料供給装置。
24. 前記分離膜の作動条件は、前記分離膜に供給される原料燃料の温度と前記分離膜の温度とのうち少なくとも一方を含む、請求項２０に記載の内燃機関の燃料供給装置。
25. 更に、前記分離膜または分離膜に供給される原料燃料を加熱する加熱装置または前記分離膜からの周囲大気への熱放散を防止する保温装置の少なくとも一方を備えた、請求項１に記載の内燃機関の燃料供給装置。
26. 更に、前記分離膜または分離膜に供給される原料燃料を加熱する加熱装置または前記分離膜からの周囲大気への熱放散を防止する保温装置の少なくとも一方を備えた、請求項２に記載の内燃機関の燃料供給装置。
27. 更に、分離後の高オクタン価燃料と低オクタン価燃料とを予め定めた割合で混合する混合装置と、混合の結果生成される中間オクタン価を有する中間オクタン価燃料を内燃機関に供給する混合燃料用供給通路と、を備え、
    機関運転条件に応じて、高オクタン価燃料と低オクタン価燃料と中間オクタン価燃料とのうちいずれか１つを機関に供給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供給装置。
28. 更に、分離後の高オクタン価燃料と低オクタン価燃料とを予め定めた割合で混合する混合装置と、混合の結果生成される中間オクタン価を有する中間オクタン価燃料を内燃機関に供給する混合燃料用供給通路と、を備え、
    機関運転条件に応じて、高オクタン価燃料と低オクタン価燃料と中間オクタン価燃料とのうちいずれか１つを機関に供給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供給装置。
29. 前記内燃機関は、気筒燃焼室の一部に可燃空燃比の燃料と空気との混合気層を形成してリーン空燃比成層燃焼を行う成層燃焼モードと、気筒燃焼室内に均質混合気を形成して均質混合気燃焼を行う均質燃焼モードとを切替えて運転可能であり、
    前記燃料供給装置は、機関が前記成層燃焼モードで運転されるときに前記低オクタン価燃料を機関に供給し、機関が前記均質燃焼モードで運転されるときに前記高オクタン価燃料を機関に供給する、請求項１に記載の内燃機関の燃料供給装置。
30. 前記内燃機関は、気筒燃焼室の一部に可燃空燃比の燃料と空気との混合気層を形成してリーン空燃比成層燃焼を行う成層燃焼モードと、気筒燃焼室内に均質混合気を形成して均質混合気燃焼を行う均質燃焼モードとを切替えて運転可能であり、
    前記燃料供給装置は、機関が前記成層燃焼モードで運転されるときに前記低オクタン価燃料を機関に供給し、機関が前記均質燃焼モードで運転されるときに前記高オクタン価燃料を機関に供給する、請求項２に記載の内燃機関の燃料供給装置。
31. 前記燃料供給装置は更に、機関が前記成層燃焼モードで運転されるときに、機関負荷が所定の負荷以上の場合には高オクタン価燃料を使用する、請求項２９に記載の内燃機関の燃料装置。
32. 前記燃料供給装置は更に、機関が前記成層燃焼モードで運転されるときに、機関負荷が所定の負荷以上の場合には高オクタン価燃料を使用する、請求項３０に記載の内燃機関の燃料装置。
33. 前記内燃機関は、気筒燃焼室内で燃料を自己着火させて燃焼させる自己着火燃焼運転モードと、気筒燃焼室内に形成された混合気に点火プラグで着火して燃焼させる火花点火燃焼運転モードとを切替えて運転可能であり、
    前記燃料供給装置は、機関が前記自己着火燃焼運転モードで運転されるときに前記低オクタン価燃料を機関に供給し、機関が前記火花点火燃焼運転モードで運転されるときに前記高オクタン価燃料を機関に供給する、請求項１に記載の内燃機関の燃料供給装置。
34. 前記内燃機関は、気筒燃焼室内で燃料を自己着火させて燃焼させる自己着火燃焼運転モードと、気筒燃焼室内に形成された混合気に点火プラグで着火して燃焼させる火花点火燃焼運転モードとを切替えて運転可能であり、
    前記燃料供給装置は、機関が前記自己着火燃焼運転モードで運転されるときに前記低オクタン価燃料を機関に供給し、機関が前記火花点火燃焼運転モードで運転されるときに前記高オクタン価燃料を機関に供給する、請求項２に記載の内燃機関の燃料供給装置。
35. 前記内燃機関は、気筒燃焼室内で燃料を自己着火させて燃焼させる自己着火燃焼運転モードと、気筒燃焼室内に形成された混合気に点火プラグで着火して燃焼させる火花点火燃焼運転モードとのうち少なくとも一方と、気筒燃焼室内に形成された混合気の一部を点火プラグで着火して燃焼させた後に残りの混合気を時間差をもって順次自己着火燃焼させる点火誘導自己着火燃焼運転モードとを切替えて運転可能であり、
    前記燃料供給装置は、機関が前記自己着火燃焼運転モードで運転されるときに前記低オクタン価燃料を機関に供給し、機関が前記火花点火燃焼運転モードで運転されるときに前記高オクタン価燃料を機関に供給し、機関が前記点火誘導自己着火燃焼モードで運転されるときに前記高オクタン価燃料と前記低オクタン価燃料、及び前記高オクタン価燃料と低オクタン価燃料とから生成される中間のオクタン価を有する中間オクタン価燃料のうち少なくとも１つを機関に供給する、請求項１に記載の内燃機関の燃料供給装置。
36. 前記内燃機関は、気筒燃焼室内で燃料を自己着火させて燃焼させる自己着火燃焼運転モードと、気筒燃焼室内に形成された混合気に点火プラグで着火して燃焼させる火花点火燃焼運転モードとのうち少なくとも一方と、気筒燃焼室内に形成された混合気の一部を点火プラグで着火して燃焼させた後に残りの混合気を時間差をもって順次自己着火燃焼させる点火誘導自己着火燃焼運転モードとを切替えて運転可能であり、
    前記燃料供給装置は、機関が前記自己着火燃焼運転モードで運転されるときに前記低オクタン価燃料を機関に供給し、機関が前記火花点火燃焼運転モードで運転されるときに前記高オクタン価燃料を機関に供給し、機関が前記点火誘導自己着火燃焼モードで運転されるときに前記高オクタン価燃料と前記低オクタン価燃料、及び前記高オクタン価燃料と低オクタン価燃料とから生成される中間のオクタン価を有する中間オクタン価燃料のうち少なくとも１つを機関に供給する、請求項２に記載の内燃機関の燃料供給装置。
37. 前記内燃機関は、気筒燃焼室内で燃料を自己着火させて燃焼させる自己着火燃焼運転モードと、気筒燃焼室内に形成された混合気に点火プラグで着火して燃焼させる火花点火燃焼運転モードと、気筒燃焼室内に形成された混合気の一部を点火プラグで着火して燃焼させた後に残りの混合気を時間差をもって順次自己着火燃焼させる点火誘導自己着火燃焼運転モードとを切替えて運転可能であり、
    前記燃料供給装置は、機関が前記自己着火燃焼運転モードで運転されるときに前記低オクタン価燃料を機関に供給し、機関が前記火花点火燃焼運転モードで運転されるときに前記高オクタン価燃料を機関に供給し、機関が前記点火誘導自己着火燃焼モードで運転されるときに前記高オクタン価燃料と前記低オクタン価燃料と前記中間オクタン価燃料とのうち少なくとも１つを機関に供給する、請求項２７に記載の内燃機関の燃料供給装置。
38. 前記内燃機関は、気筒燃焼室内で燃料を自己着火させて燃焼させる自己着火燃焼運転モードと、気筒燃焼室内に形成された混合気に点火プラグで着火して燃焼させる火花点火燃焼運転モードと、気筒燃焼室内に形成された混合気の一部を点火プラグで着火して燃焼させた後に残りの混合気を時間差をもって順次自己着火燃焼させる点火誘導自己着火燃焼運転モードとを切替えて運転可能であり、
    前記燃料供給装置は、機関が前記自己着火燃焼運転モードで運転されるときに前記低オクタン価燃料を機関に供給し、機関が前記火花点火燃焼運転モードで運転されるときに前記高オクタン価燃料を機関に供給し、機関が前記点火誘導自己着火燃焼モードで運転されるときに前記高オクタン価燃料と前記低オクタン価燃料と前記中間オクタン価燃料とのうち少なくとも１つを機関に供給する、請求項２８に記載の内燃機関の燃料供給装置。
39. 前記内燃機関は、気筒燃焼室内に形成された混合気の一部を点火プラグで着火して燃焼させた後に残りの混合気を時間差をもって順次自己着火燃焼させる点火誘導自己着火燃焼運転モードで運転可能であり、
    前記燃料供給装置は、機関が前記点火誘導自己着火燃焼モードで運転されるときに前記高オクタン価燃料と前記低オクタン価燃料、及び前記高オクタン価燃料と低オクタン価燃料とから生成される中間のオクタン価を有する中間オクタン価燃料のうち少なくとも１つを機関に供給する、請求項１に記載の内燃機関の燃料供給装置。
40. 前記内燃機関は、気筒燃焼室内に形成された混合気の一部を点火プラグで着火して燃焼させた後に残りの混合気を時間差をもって順次自己着火燃焼させる点火誘導自己着火燃焼運転モードで運転可能であり、
    前記燃料供給装置は、機関が前記点火誘導自己着火燃焼モードで運転されるときに前記高オクタン価燃料と前記低オクタン価燃料、及び前記高オクタン価燃料と低オクタン価燃料とから生成される中間のオクタン価を有する中間オクタン価燃料のうち少なくとも１つを機関に供給する、請求項２に記載の内燃機関の燃料供給装置。
41. 前記内燃機関は、気筒燃焼室内に形成された混合気の一部を点火プラグで着火して燃焼させた後に残りの混合気を時間差をもって順次自己着火燃焼させる点火誘導自己着火燃焼運転モードで運転可能であり、
    前記燃料供給装置は、機関が前記点火誘導自己着火燃焼モードで運転されるときに前記高オクタン価燃料と前記低オクタン価燃料と前記中間オクタン価燃料とのうち少なくとも１つを機関に供給する、請求項２７に記載の内燃機関の燃料供給装置。
42. 前記内燃機関は、気筒燃焼室内に形成された混合気の一部を点火プラグで着火して燃焼させた後に残りの混合気を時間差をもって順次自己着火燃焼させる点火誘導自己着火燃焼運転モードで運転可能であり、
    前記燃料供給装置は、機関が前記点火誘導自己着火燃焼モードで運転されるときに前記高オクタン価燃料と前記低オクタン価燃料と前記中間オクタン価燃料とのうち少なくとも１つを機関に供給する、請求項２８に記載の内燃機関の燃料供給装置。
43. 前記内燃機関は、機関の排気を浄化する排気浄化触媒を排気系に備え、
    前記燃料供給装置は、機関運転中の前記排気浄化触媒温度が予め定めた温度以下のときに前記低オクタン価燃料を機関に供給する、請求項１に記載の内燃機関の燃料供給装置。
44. 前記内燃機関は、機関の排気を浄化する排気浄化触媒を排気系に備え、
    前記燃料供給装置は、機関運転中の前記排気浄化触媒温度が予め定めた温度以下のときに前記低オクタン価燃料を機関に供給する、請求項２に記載の内燃機関の燃料供給装置。

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