JP2007056707A - 圧縮着火内燃機関及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】軽量であり、単一燃料で広範囲の要求負荷に対処できる圧縮着火内燃機関及びその制御方法を提供する。
【解決手段】エタノールと液体炭化水素との混合燃料Ａを収容し第１の大気開放弁９を備える第１のタンク１と、水Ｂを収容する水タンク２と、混合燃料Ａと水Ｂとを混合し、エタノールと水Ｂとが混合された混合液Ｃと液体炭化水素Ｄとを分離し第２の大気開放弁４４を備える第２のタンク３と、液体炭化水素Ｄを収容し第３の大気開放弁５０を備える第３のタンク４と、混合液Ｃを収容し、第４の大気開放弁５６を備える第４のタンク５と、各タンク３，４，５の内部を減圧する減圧手段７とを備える。要求負荷が低いほど液体炭化水素Ｄの供給量を増加し、高いほど混合液Ｃの供給量を増加する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、圧縮着火内燃機関と、その制御方法とに関するものである。

近年、内燃機関の燃費を向上し、排出物を低減するために、予混合圧縮着火内燃機関に代表される圧縮着火内燃機関が検討されている。圧縮着火内燃機関は、酸素含有気体と圧縮自着火可能な燃料とをシリンダ内に導入し、圧縮して自着火させるものである。

ところが、圧縮着火内燃機関は、火花点火方式の内燃機関と異なり着火のタイミングを制御することが難しく、安定に運転することができる運転領域が狭いとの問題がある。さらに詳しくは、前記圧縮着火内燃機関は、着火性の高い燃料を用いると該機関の要求負荷が高くなったときにノッキングを起こしやすく、着火性の低い燃料を用いると該機関の要求負荷が低くなったときに失火しやすいとの問題がある。

前記問題を解決するために、従来、着火性の高い燃料と、着火性の低い燃料とを備え、両燃料を混合して該機関に供給する技術が知られている（例えば特許文献１参照）。前記技術によれば、前記圧縮着火内燃機関の要求負荷に対応して、両燃料の混合比を調整することにより、広い範囲の要求負荷に対して安定して運転することができる。しかし、前記技術では、着火性の高い燃料と、着火性の低い燃料とを、予めそれぞれ別に準備し収容しておく必要がある。

これに対して、単一の燃料を用い、前記圧縮着火内燃機関の要求負荷が高くなったときには、該燃料の一部を部分酸化して着火性抑制物質を生成させる技術も知られている（例えば特許文献２参照）。前記技術は、具体的には、軽油等の炭化水素系燃料の一部を部分酸化してホルムアルデヒド等の着火性抑制物質を生成させるものである。

ところが、前記軽油等の炭化水素を部分酸化してホルムアルデヒドを生成させるには、高温で長時間の反応が必要になるという問題がある。

前記問題を解決するために、エタノールと液体炭化水素とを所定の割合で混合した混合燃料に対して、水を混合し、該水が該エタノールと混合して生成する混合液が、該液体炭化水素と容易に分離することを利用した圧縮着火内燃機関が考えられる。前記圧縮着火内燃機関によれば、単一の前記混合燃料に水を混合するだけで、着火性の高い前記液体炭化水素と、着火性の低い前記水と前記エタノールとの混合液とを容易に得ることができる。

ここで、前記混合燃料を前記液体炭化水素と前記混合液とに分離するために、前記混合燃料を収容する第１のタンクと、前記水を収容する水タンクと、該混合燃料と該水とを混合し、該液体炭化水素と該混合液とに分離する第２のタンクと、該第２のタンクから抽出された該液体炭化水素を収容する第３のタンクと、該第２のタンクから抽出された該混合液を収容する第４のタンクとを備える燃料分離システムが考えられる。

前記燃料分離システムは、例えば、前記第２のタンクと、前記第１のタンク、前記水タンク、前記第３のタンク、前記第４のタンクとをそれぞれ導管で接続し、各導管にそれぞれ定量ポンプを設ける構成とすることができる。前記構成によれば、前記各定量ポンプにより、前記第１のタンクに収容されている前記混合燃料、前記水タンクに収容されている前記水を前記第２のタンクに供給することができ、該第２のタンクに収容されている前記液体炭化水素と、前記混合液とを、それぞれ前記第３のタンク、前記第４のタンクに供給することができる。

しかしながら、前記燃料分離システムでは相当の重量を有する定量ポンプを４基必要とするので、自動車等の移動体に積載するには不利であり、さらに軽量化することが望まれる。
特開２００１−３５５４７１号公報 特開２０００−２１３４４４号公報

本発明は、かかる事情に鑑み、軽量で、単一の燃料により、広い範囲の要求負荷に対して容易に対処することができる圧縮着火内燃機関を提供することを目的とする。

また、本発明の目的は、前記圧縮着火内燃機関の制御方法を提供することにもある。

前記目的を達成するために、本発明は、要求負荷が低いときには液体炭化水素を燃料に添加し、要求負荷が高いときにはエタノールと水との混合液を燃料に添加する圧縮着火内燃機関であって、気密に密閉されていて、エタノールと液体炭化水素とを所定の割合で混合した混合燃料を収容すると共に、第１の大気開放弁を備える第１のタンクと、水を収容する水タンクと、気密に密閉されていて、該第１のタンクから供給される該混合燃料と、該水タンクから供給される該水とを混合し、該エタノールと該水とが混合された混合液と、該液体炭化水素とに分離すると共に、第２の大気開放弁を備える第２のタンクと、気密に密閉されていて、該第２のタンクから抽出された該液体炭化水素を収容すると共に、第３の大気開放弁を備える第３のタンクと、気密に密閉されていて、該第２のタンクから抽出された該混合液を収容すると共に、第４の大気開放弁を備える第４のタンクと、第２乃至第４の各タンクの内部を減圧する減圧手段と、第１の給液開閉弁を介して第１のタンクと第２のタンクとを接続し、第１の給液開閉弁が開弁されたときに第１のタンクに収容されている該混合燃料を第２のタンクに供給自在とする第１の給液管と、第２の給液開閉弁を介して該水タンクと第２のタンクとを接続し、第２の給液開閉弁が開弁されたときに該水タンクに収容されている該水を第２のタンクに供給自在とする第２の給液管と、第３の給液開閉弁を介して第２のタンクと第３のタンクとを接続し、第３の給液開閉弁が開弁されたときに第２のタンクに収容されている該液体炭化水素を抽出して第３のタンクに供給自在とする第３の給液管と、第４の給液開閉弁を介して第２のタンクと第４のタンクとを接続し、第４の給液開閉弁が開弁されたときに第２のタンクに収容されている該混合液を抽出して第４のタンクに供給自在とする第４の給液管と、第１の吸気開閉弁を介して第２のタンクと該減圧手段とを接続し、第１の吸気開閉弁が開弁されたときに第２のタンクの内部を減圧する第１の吸気管と、第２の吸気開閉弁を介して第３のタンクと該減圧手段とを接続し、第２の吸気開閉弁が開弁されたときに第３のタンクの内部を減圧する第２の吸気管と、第３の吸気開閉弁を介して第４のタンクと該減圧手段とを接続し、第３の吸気開閉弁が開弁されたときに第４のタンクの内部を減圧する第３の吸気管とを備えることを特徴とする。

まず、本発明によれば、前記第１のタンクにエタノールと液体炭化水素とを所定の割合で混合した前記混合燃料を収容しておき、該混合燃料と、前記水タンクに収容されている前記水とを前記第２のタンクに供給して混合する。このようにすると、前記エタノールは前記水と相溶性があり混合液を形成するが、前記液体炭化水素は水に不溶であるため、該混合液と該液体炭化水素とが分離する。

ここで、前記混合液と前記液体炭化水素とでは、比重が異なるので、該混合液と該液体炭化水素とは重力により容易に分離する。この結果、前記液体炭化水素がガソリン等であるときのように、該液体炭化水素の方が前記混合液より比重が小さい場合には、前記第２のタンクの下層には前記混合液層、上層には前記液体炭化水素層が形成され、該混合液と該液体炭化水素とはこのように分離した状態で前記第２のタンクに収容されている。

ただし、前記液体炭化水素が軽油、オレイン酸メチル等であるときのように、該液体炭化水素の方が前記混合液より比重が大きい場合には、前記第２のタンクの下層に前記液体炭化水素層、上層に前記混合液層が形成される。

そこで、前記第２のタンクから抽出された前記液体炭化水素を前記第３のタンクに収容しておくと共に、該第２のタンクから抽出された該混合液を前記第４のタンクに収容しておく。このようにすることにより、前記液体炭化水素と、前記エタノールと前記水との混合液とを、１種類の前記混合燃料から容易に得ることができる。そして、要求負荷が低いときには前記第３のタンクから前記液体炭化水素を燃料に添加することができ、要求負荷が高いときには前記第４のタンクからエタノールと水との混合液を燃料に添加することができる。

また、本発明の圧縮着火内燃機関では、第１乃至第４の大気開放弁、第１乃至第４の給液開閉弁、第１乃至第４の吸気開閉弁の開閉を組み合わせると共に、前記減圧手段により第１乃至第４のタンクの内部を減圧する。この結果、前記第１のタンクに収容されている前記混合燃料、前記水タンクに収容されている前記水を前記第２のタンクに供給することができ、該第２のタンクに収容されている前記液体炭化水素と、前記混合液とを、それぞれ前記第３のタンク、前記第４のタンクに供給することができる。従って、本発明の圧縮着火内燃機関によれば、相当の重量を有する定量ポンプを全く必要とすることなく、装置を軽量化することができる。

また、本発明の圧縮着火内燃機関において、前記第１乃至第４の各タンクと、前記水タンクとは、それぞれ収容する液体の液面を検知する液面検知手段を備えることを特徴する。前記第１乃至第４の各タンクと、前記水タンクとは、それぞれ前記液面検知手段を備えることにより、各液体の移動を過不足なく行うことができる。

さらに、本発明の圧縮着火内燃機関において、前記第２のタンクは、前記液体炭化水素と前記混合液との分離を検知する分離検知手段を備えることを特徴とする。前記第２のタンクは、前記分離検知手段を備えることにより、前記混合燃料と前記水とを混合した後、前記液体炭化水素と前記混合液との分離の完了を確実に検知することができ、該液体炭化水素の抽出と、該混合液との抽出を確実に行うことができる。前記分離検知手段としては、例えば、アルコール濃度センサ、前記液体炭化水素の屈折率、誘電率、光吸収等を評価するセンサ等を用いることができる。

本発明の圧縮着火内燃機関の制御方法は、前記構成の圧縮着火内燃機関において、要求負荷が低くなるほど該第３のタンクから供給される該液体炭化水素の燃料に対する添加量を増加し、要求負荷が高くなるほど該第４のタンクから供給される該混合液の燃料に対する添加量を増加することにより実施することができる。

本発明の制御方法によれば、単一の燃料により、広い範囲の要求負荷に対して容易に対処することができ、要求負荷が高くなったときにノッキング等を起こしたり、要求負荷が低くなったときに失火等を起こすことがないので、圧縮着火内燃機関を安定して運転することができる。

次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図１は本実施形態の圧縮着火内燃機関の装置構成を示すシステム構成図である。

図１に示すように、本実施形態の圧縮着火内燃機関は、エタノールと、ヘプタン等の液体炭化水素とを所定の割合で混合した混合燃料Ａを収容する第１タンク１と、水Ｂを収容する水タンク２と、第１タンク１から供給される混合燃料Ａと、水タンク２から供給される水Ｂとを混合する第２タンク３とを備えている。第２タンク３は、混合燃料Ａと水Ｂとを混合し、前記エタノールと水Ｂとの混合液Ｃと液体炭化水素Ｄとに分離し、混合液Ｃと液体炭化水素Ｄとを相互に分離した状態で収容する。

また、本実施形態の圧縮着火内燃機関は、第２タンク３から抽出された液体炭化水素Ｄを収容する第３タンク４と、第２タンク３から抽出された混合液Ｃを収容する第４タンク５とを備え、第１タンク１に混合燃料Ａを供給する燃料タンク６を備えている。

さらに、本実施形態の圧縮着火内燃機関は、第１タンク１、第２タンク３、第３タンク４、第４タンク５の内部を減圧にする減圧手段としての真空ポンプ７を備えている。

第１タンク１は、気密に密閉されている一方、第１大気開放管８を備えている。第１大気開放管８は、先端に第１大気開放弁９を備えると共に、途中には第１大気開放弁９が開いたときに第１タンク１内に大気が流入自在となるようにされている第１逆止弁１０を備えている。また、第１タンク１は、途中に第１流量調整弁１１、第１給液開閉弁１２を備える第１給液管１３を介して第２タンク３に接続されている。また、第１タンク１は、収容される混合燃料Ａの上限液位を検知するレベルセンサ１４ａと、混合燃料Ａの下限液位を検知するレベルセンサ１４ｂとを備えている。第１タンク１内で、第１大気開放管８はレベルセンサ１４ａよりも上方に開口しており、第１給液管１３はレベルセンサ１４ｂよりも下方に開口している。

水タンク２は、大気が流入自在となるようにされている第２逆止弁１５を備える水タンク大気開放管１５ａにより大気に開放されており、途中に第２流量調整弁１６、第２給液開閉弁１７を備える第２給液管１８を介して第２タンク３に接続されている。また、水タンク２は、収容される水Ｂの上限水位を検知するレベルセンサ１９ａと、水Ｂの下限水位を検知するレベルセンサ１９ｂとを備えている。水タンク２内で、水タンク大気開放管１５ａはレベルセンサ１９ａよりも上方に開口しており、第２給液管１８はレベルセンサ１９ｂよりも下方に開口している。

第２タンク３は、気密に密閉されており、途中に第３給液開閉弁２０、第３流量調整弁２１を備える第３給液管２２を介して第３タンク４に接続されており、途中に第４給液開閉弁２３、第４流量調整弁２４を備える第４給液管２５を介して第４タンク５に接続されている。第２タンク３は、下部に撹拌装置２６を備えている。撹拌装置２６は、例えばマグネティックスターラーであり、第２タンク３内に配置されたスターラーバー２６ａを磁気により回転駆動することにより、混合燃料Ａと水Ｂとを混合し、前記エタノールと水Ｂとの混合液Ｃと液体炭化水素Ｄとに分離するようになっている。

また、第２タンク３は、収容される液体の合計の上限液位を検知するレベルセンサ２７ａと、液体炭化水素Ｄの下限液位を検知するレベルセンサ２７ｂと、混合液Ｃの下限液位を検知するレベルセンサ２７ｃとを備えている。第２タンク３内で、第３給液管２２はレベルセンサ２７ｂよりも下方、液体炭化水素Ｄの存在する位置に開口しており、第４給液管２５はレベルセンサ２７ｃよりも下方に開口している。

さらに、第２タンク３は、第３給液管２２の開口部と第４給液管２５の開口部との間に、混合液Ｃと液体炭化水素Ｄとの分離を検知する分離検知センサ２８を備えている。本実施形態では、分離検知センサ２８は、混合液Ｃと液体炭化水素Ｄとが分離したときに混合液Ｃ内に位置するようにされている。

第３タンク４は、気密に密閉されており、途中に第５給液開閉弁２９、送液ポンプ３０を備える第５給液管３１を介して図示しないインジェクタに接続されている。また、第３タンク４は、収容される液体炭化水素Ｄの上限液位を検知するレベルセンサ３２ａと、液体炭化水素Ｄの下限液位を検知するレベルセンサ３２ｂとを備えている。第３タンク４内で、第５給液管３１はレベルセンサ３２ｂよりも下方に開口している。

第４タンク５は、気密に密閉されており、途中に第６給液開閉弁３３、送液ポンプ３４を備える第６給液管３５を介して図示しないインジェクタに接続されている。また、第４タンク５は、収容される混合液Ｃの上限液位を検知するレベルセンサ３６ａと、混合液Ｃの下限液位を検知するレベルセンサ３６ｂとを備えている。第４タンク５内で、第６給液管３５はレベルセンサ３６ｂよりも下方に開口している。

燃料タンク６は、大気が流入自在となっている第３逆止弁３７を備える燃料タンク大気開放管３７ａにより大気に開放されており、燃料タンク大気開放管３７ａは混合燃料Ａの液面の上方に開口している。また、燃料タンク６は、途中に第７給液開閉弁３８を備える第７給液管３９を介して第１タンク１に接続されている。

真空ポンプ７は、途中に第１吸気開閉弁４０、第４逆止弁４１を備える第１吸気管４２を介して第２タンク３に接続されている。第２タンク３内で、第１吸気管４２はレベルセンサ２７ａの開口部より上方に開口しており、第４逆止弁４１は第１吸気開閉弁４０が開いたときに第２タンク３内の空気が真空ポンプ７により吸引自在となるようにされている。また、第１吸気管４２の第４逆止弁４１と第２タンク３との間からは、第２大気開放管４３が分岐している。第２大気開放管４３は、先端に第２大気開放弁４４を備えると共に、途中には第２大気開放弁４３が開いたときに第２タンク３内に大気が流入自在となるようにされている第５逆止弁４５を備えている。

第１吸気管４２の第１吸気開閉弁４０と真空ポンプ７との間からは、途中に第２吸気開閉弁４６、第６逆止弁４７を備える第２吸気管４８が分岐しており、真空ポンプ７は第２吸気管４８を介して第３タンク４に接続されている。第３タンク４内で、第２吸気管４８はレベルセンサ３２ａの開口部より上方に開口しており、第６逆止弁４７は第２吸気開閉弁４６が開いたときに第３タンク４内の空気が真空ポンプ７により吸引自在となるようにされている。また、第２吸気管４８の第５逆止弁４７と第３タンク４との間からは、第３大気開放管４９が分岐している。第３大気開放管４９は、先端に第３大気開放弁５０を備えると共に、途中には第３大気開放弁５０が開いたときに第３タンク４内に大気が流入自在となるようにされている第７逆止弁５１を備えている。

また、第２吸気管４８の第１吸気開閉弁４６と第１吸気管４２からの分岐点との間からは、途中に第３吸気開閉弁５２、第８逆止弁５３を備える第３吸気管５４が分岐しており、真空ポンプ７は第３吸気管５４を介して第４タンク５に接続されている。第４タンク５内で、第３吸気管５４はレベルセンサ３６ａの開口部より上方に開口しており、第８逆止弁５３は第３吸気開閉弁５２が開いたときに第４タンク５内の空気が真空ポンプ７により吸引自在となるようにされている。また、第３吸気管５４の第８逆止弁５３と第４タンク５との間からは、第４大気開放管５５が分岐している。第４大気開放管５５は、先端に第４大気開放弁５６を備えると共に、途中には第４大気開放弁５６が開いたときに第４タンク５内に大気が流入自在となるようにされている第９逆止弁５７を備えている。

さらに、第１吸気管４２の第１吸気開閉弁４０と真空ポンプ７との間からは、途中に第４吸気開閉弁５８、第１０逆止弁５９を備える第４吸気管６０が分岐しており、第４吸気管６０は第１大気開放管８の第１逆止弁１０と第１タンク１との間に接続されている。この結果、真空ポンプ７は第４吸気管６０、第１大気開放管８を介して第１タンク１に接続されている。そして、第１０逆止弁５９は、第４吸気開閉弁５８が開いたときに第１タンク１内の空気が真空ポンプ７により吸引自在となるようにされている。

本実施形態では、各大気開放弁９，４４，５０，５６、各給液開閉弁１２，１７，２０，２３，２９，３３，３８、吸気開閉弁４０，４６，５２，５８としては、例えば小型の電磁弁などを用いることができる。また、各逆止弁１０，１５，３７，４１，４５，４７，５１，５３，５７，５９としては、チェックバルブを用いることができ、各流量調整弁１１，１６，２１，２４としては、ニードルバルブ等を用いることができる。

また、各レベルセンサ１４ａ，１４ｂ，１９ａ，１９ｂ，２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，３２ａ，３２ｂ，３６ａ，３６ｂとしては、小型の光ファイバーセンサ等を用いることができる。また、分離検知センサ２８としては、例えば、アルコール濃度センサ、混合液Ｃの屈折率、誘電率、光吸収等を評価するセンサ等を用いることができる。

次に、本実施形態の圧縮着火内燃機関の作動について説明する。

本実施形態の圧縮着火内燃機関では、まず、第３タンク４内に収容されている液体炭化水素Ｄの液位が上限を下回っていることがレベルセンサ３２ａにより検知され、かつ、第４タンク５内に収容されている混合液Ｃの液位が上限を下回っていることがレベルセンサ３６ａにより検知されると、第１タンク３内の混合燃料Ａと、水タンク２内の水Ｂとを第２タンク３に供給する操作が行われる。前記操作は、真空ポンプ７を作動させ、第１吸気管４２の第１吸気開閉弁４０、第１給液管１３の第１給液開閉弁１２、第２給液管１８の第２給液開閉弁１７、第１大気開放管８の第１大気開放弁９を開き、他の開閉弁、大気開放弁は全て閉じた状態とすることにより行われる。

このようにすると、真空ポンプ７により第２タンク３内が減圧される一方、第１タンク１は第１大気開放管８の大気開放弁９を介して大気に開放される。また、水タンク２は水タンク大気開放管１５ａの逆止弁１５を介して大気に開放されている。この結果、第１タンク１と第２タンク３との圧力差により、第１タンク１に収容されている混合燃料Ａが第１給液管１３を介して第２タンク３に供給される。また、水タンク２と第２タンク３との圧力差により、水タンク２に収容されている水Ｂが第２給液管１８を介して第２タンク３に供給される。

そして、第２タンク３内に収容されている液体の合計の液位が上限に達したことがレベルセンサ２７ａにより検知されたならば、第１吸気開閉弁４０、第１給液開閉弁１２、第２給液開閉弁１７、第１大気開放弁９が閉じられ、真空ポンプ７が停止されて、前記操作が終了される。前記操作終了後、第２タンク３は、第２大気開放弁４４を開くことにより、内部の圧力が大気圧に戻される。

ところで、第１タンク１に収容されている混合燃料Ａを第２タンク３に供給する操作中、混合燃料Ａの液位が下限に達したことがレベルセンサ１４ｂにより検知されたときは、燃料タンク６内の混合燃料Ａを第２タンク３に供給する操作が行われる。前記操作は、第１給液開閉弁１２、第１大気開放弁９が閉じられ、代わって第４吸気管６０の第４吸気開閉弁５８、第７給液管３９の第７給液開閉弁３８が開かれることにより行われる。

このようにすると、真空ポンプ７により第１タンク１内が減圧される一方、燃料タンク６は燃料タンク大気開放管３７ａの第３逆止弁３７を介して大気に開放されているので、燃料タンク６と第１タンク１との圧力差により、混合燃料Ａが燃料タンク６から第７給液管３９を介して第１タンク１に供給される。前記操作は、第１タンク１に収容されている混合燃料Ａの液位が上限に達したことがレベルセンサ１４ａにより検知されると終了し、第４吸気開閉弁５８、第７給液開閉弁３８が閉じられる。そして、再び、第１給液開閉弁１２、第１大気開放弁９が開かれ、第１タンク１に収容されている混合燃料Ａを第２タンク３に供給する操作が再開される。

また、水タンク２に収容されている水Ｂを第２タンク３に供給する操作中、水Ｂの水位が下限に達したことがレベルセンサ１９ｂにより検知されたときは、水タンク２に給水する操作が行われる。前記操作は、第２給液開閉弁１７が閉じられると共に、図示しない給水手段により水タンク２に給水することにより行われる。

前記給水は、水タンク２に収容されている水Ｂの水位が上限に達したことがレベルセンサ１９ａにより検知されると終了する。そして、再び、第２給液開閉弁１７が開かれ、水タンク２に収容されている水Ｂを第２タンク３に供給する操作が再開される。

次に、第２タンク３に対する混合燃料Ａと水Ｂとの供給が終了したならば、撹拌装置２６が作動され、第２タンク３内に配置されたスターラーバー２６ａを磁気により回転駆動することにより、混合燃料Ａと水Ｂとの混合が行われる。尚、このとき、第２タンク３内に混合液Ｃ、液体炭化水素Ｄが残っている場合には、混合液Ｃ、液体炭化水素Ｄも、混合燃料Ａと水Ｂと共に混合される。

ここで、混合燃料Ａを形成している前記エタノールは水Ｂと相溶性があり、液体炭化水素Ｄは水に不溶である。従って、前記のように混合すると、前記エタノールと水Ｂとにより混合液Ｃが形成される一方、液体炭化水素Ｄが分離される。

また、混合液Ｃと液体炭化水素Ｄとでは、液化炭化水素がヘプタンの場合には混合液Ｃの方が比重が大であるので、混合液Ｃと液体炭化水素Ｄとは、混合液Ｃが第２タンク３内の下層、液体炭化水素Ｄが上層となり、上下２層に分離した状態となる。第２タンク３では、撹拌装置２６による撹拌を停止した後、混合液Ｃと液体炭化水素Ｄとが上下２層に分離したことが分離検知センサ２８により検知されるまで、所定時間放置する。

次に、第３タンク４内に収容されている液体炭化水素Ｄの液位が上限を下回っていることがレベルセンサ３２ａにより検知されている場合には、混合液Ｃと液体炭化水素Ｄとが第２タンク３内で上下２層に分離した後、第２タンク３内の液体炭化水素Ｄを第３タンク４に供給する操作が行われる。前記操作は、真空ポンプ７を作動させ、第２吸気管４８の第２吸気開閉弁４６、第３給液管２２の第３給液開閉弁２０、第２大気開放管４３の第２大気開放弁４４を開き、他の開閉弁、大気開放弁は全て閉じた状態とすることにより行われる。

このようにすると、真空ポンプ７により第３タンク４内が減圧される一方、第２タンク３は第２大気開放管４３の大気開放弁４４を介して大気に開放される。この結果、第２タンク３と第３タンク４との圧力差により、第２タンク３に上下２層に分離した状態で収容されている混合液Ｃと液体炭化水素Ｄとのうち、上層の液体炭化水素Ｄが抽出され、第３給液管２２を介して第３タンク４に供給される。

そして、第３タンク４内に収容されている液体炭化水素Ｄの液位が上限に達したことがレベルセンサ３２ａにより検知されたならば、第２吸気開閉弁４６、第３給液開閉弁２０、第２大気開放弁４４が閉じられ、真空ポンプ７が停止されて、前記操作が終了される。前記操作終了後、第３タンク４は、第３大気開放管４９の第３大気開放弁５０を開くことにより、内部の圧力が大気圧に戻される。

前記操作は、第３タンク４に収容されている液体炭化水素Ｄの液位が上限に達したことがレベルセンサ３２ａにより検知されるまで、混合燃料Ａと水Ｂとの混合、液体炭化水素Ｄと混合液Ｃとの分離が何度でも繰り返されてよい。

また、第４タンク５内に収容されている混合液Ｃの液位が上限を下回っていることがレベルセンサ３６ａにより検知されている場合には、混合液Ｃと液体炭化水素Ｄとが第２タンク３内で上下２層に分離した後、第２タンク３内の混合液Ｃを第４タンク５に供給する操作が行われる。前記操作は、真空ポンプ７を作動させ、第３吸気管５４の第３吸気開閉弁５２、第４給液管２５の第４給液開閉弁２３、第２大気開放管４３の第２大気開放弁４４を開き、他の開閉弁、大気開放弁は全て閉じた状態とすることにより行われる。

このようにすると、真空ポンプ７により第４タンク５内が減圧される一方、第２タンク３は第２大気開放管４３の大気開放弁４４を介して大気に開放される。この結果、第２タンク３と第４タンク５との圧力差により、第２タンク３に上下２層に分離した状態で収容されている混合液Ｃと液体炭化水素Ｄとのうち、下層の混合液Ｃが抽出され、第４給液管２５を介して第４タンク５に供給される。

そして、第４タンク５内に収容されている混合液Ｃの液位が上限に達したことがレベルセンサ３６ａにより検知されたならば、第３吸気開閉弁５２、第４給液開閉弁２３、第２大気開放弁４４が閉じられ、真空ポンプ７が停止されて、前記操作が終了される。前記操作終了後、第４タンク５は、第４大気開放管５５の第３大気開放弁５６を開くことにより、内部の圧力が大気圧に戻される。

前記操作は、第４タンク５に収容されている混合液Ｃの液位が上限に達したことがレベルセンサ３６ａにより検知されるまで、混合燃料Ａと水Ｂとの混合、液体炭化水素Ｄと混合液Ｃとの分離が何度でも繰り返されてよい。

本実施形態の圧縮着火内燃機関では、前述のようにして第３タンク４に収容されている液体炭化水素Ｄと、第４タンク５に収容されている混合液Ｃとを、該圧縮着火内燃機関の要求負荷に応じて図示しないインジェクタに供給する。即ち、前記圧縮着火内燃機関の要求負荷が低くなるほど第３タンク４に収容されている液体炭化水素Ｄの前記インジェクタに対する供給量を増加させ、要求負荷が高くなるほど第４タンク５に収容されている混合液Ｃの前記インジェクタに対する供給量を増加させる。

前記インジェクタには、主燃料として混合燃料Ａが別途供給されている。従って、前述のようにすることにより、前記圧縮着火内燃機関の要求負荷が低くなるほど前記主燃料に対する液体炭化水素Ｄの添加量を増大させることができ、要求負荷が高くなるほど前記主燃料に対する混合液Ｃの添加量を増大させることができる。

前記ヘプタン等の液体炭化水素Ｄは着火性が高いので、前記圧縮着火内燃機関の要求負荷が低くなるほど液体炭化水素Ｄの供給量を増加させることにより失火等を防止することができる。また、前記エタノールは着火性が低いので、前記圧縮着火内燃機関の要求負荷が高くなるほど混合液Ｃの供給量を増加させることにより、ノッキング等を防止することができる。また、混合液Ｃに含まれる水により、燃焼温度が低下するため、前記ノッキングを防止することができるとともに、ＮＯｘの生成を抑制することができる。

第３タンク４内の液体炭化水素Ｄを前記インジェクタに供給する操作は、第３大気開放弁５０と、第５給液管３１の第５給液開閉弁２９とを開き、他の開閉弁、大気開放弁は全て閉じた状態として、送液ポンプ３０を作動させることにより行われる。前記操作により、第３タンク４内の液体炭化水素Ｄが第５給液管３１を介して前記インジェクタに供給される。

また、第４タンク５内の混合液Ｃを前記インジェクタに供給する操作は、第４大気開放弁５６と、第６給液管３５の第６給液開閉弁３３とを開き、他の開閉弁、大気開放弁は全て閉じた状態として、送液ポンプ３４を作動させることにより行われる。前記操作により、第４タンク５内の混合液Ｃが第６給液管３５を介して前記インジェクタに供給される。

尚、第３タンク４内の液体炭化水素Ｄを前記インジェクタに供給する操作と、第４タンク５内の混合液Ｃを前記インジェクタに供給する操作とは、同時に行うこともできる。

本実施形態では、第１大気開放管８は第４吸気管６０と接続されており、第２乃至第４大気開放管４３，４９，５５は第１乃至第３吸気管４２，４８，５４から分岐されているが、各大気開放管８，４３，４９，５５は各吸気管４２，４８，５４，６０と独立に設けられていてもよい。また、本実施形態では、第３タンク４内の液体炭化水素Ｄまたは第４タンク５内の混合液Ｃを直接前記インジェクタに供給するようにしているが、液体炭化水素Ｄ、混合液Ｃのそれぞれに図示しない予備タンクを設け、第３タンク４内の液体炭化水素Ｄまたは第４タンク５内の混合液Ｃを一旦該予備タンクに供給し、該予備タンクから前記インジェクタに供給するようにしてもよい。

本発明の圧縮着火内燃機関の一装置構成を示すシステム構成図。

符号の説明

１…第１のタンク、 ２…水タンク、 ３…第２のタンク、 ４…第３のタンク、 ５…第４のタンク、 ７…減圧手段、 ９…第１の大気開放弁、 １２…第１の給液開閉弁、 １３…第１の給液管、 １４ａ，１４ｂ…液面検知手段、 １７…第２の給液開閉弁、 １８…第２の給液管、 １９ａ，１９ｂ…液面検知手段、 ２０…第３の給液開閉弁、 ２２…第３の給液管、 ２３…第４の給液開閉弁、 ２５…第４の給液管、 ２７ａ，２７ｂ，２７ｃ…液面検知手段、 ２８…分離検知手段、 ３２ａ，３２ｂ…液面検知手段、 ３６ａ，３６ｂ…液面検知手段、 ４０…第１の吸気開閉弁、 ４２…第１の吸気管、 ４４…第２の大気開放弁、 ４６…第２の吸気開閉弁、 ４８…第２の吸気管、 ５０…第３の大気開放弁、 ５２…第３の吸気開閉弁、 ５４…第３の吸気管、 ５６…第４の大気開放弁、 Ａ…混合燃料、 Ｂ…水、 Ｃ…混合液、 Ｄ…液体炭化水素。

Claims (4)

1. 要求負荷が低いときには液体炭化水素を燃料に添加し、要求負荷が高いときにはエタノールと水との混合液を燃料に添加する圧縮着火内燃機関であって、
   気密に密閉されていて、エタノールと液体炭化水素とを所定の割合で混合した混合燃料を収容すると共に、第１の大気開放弁を備える第１のタンクと、
   水を収容する水タンクと、
   気密に密閉されていて、該第１のタンクから供給される該混合燃料と、該水タンクから供給される該水とを混合し、該エタノールと該水とが混合された混合液と、該液体炭化水素とに分離すると共に、第２の大気開放弁を備える第２のタンクと、
   気密に密閉されていて、該第２のタンクから抽出された該液体炭化水素を収容すると共に、第３の大気開放弁を備える第３のタンクと、
   気密に密閉されていて、該第２のタンクから抽出された該混合液を収容すると共に、第４の大気開放弁を備える第４のタンクと、
   第２乃至第４の各タンクの内部を減圧する減圧手段と、
   第１の給液開閉弁を介して第１のタンクと第２のタンクとを接続し、第１の給液開閉弁が開弁されたときに第１のタンクに収容されている該混合燃料を第２のタンクに供給自在とする第１の給液管と、
   第２の給液開閉弁を介して該水タンクと第２のタンクとを接続し、第２の給液開閉弁が開弁されたときに該水タンクに収容されている該水を第２のタンクに供給自在とする第２の給液管と、
   第３の給液開閉弁を介して第２のタンクと第３のタンクとを接続し、第３の給液開閉弁が開弁されたときに第２のタンクに収容されている該液体炭化水素を抽出して第３のタンクに供給自在とする第３の給液管と、
   第４の給液開閉弁を介して第２のタンクと第４のタンクとを接続し、第４の給液開閉弁が開弁されたときに第２のタンクに収容されている該混合液を抽出して第４のタンクに供給自在とする第４の給液管と、
   第１の吸気開閉弁を介して第２のタンクと該減圧手段とを接続し、第１の吸気開閉弁が開弁されたときに第２のタンクの内部を減圧する第１の吸気管と、
   第２の吸気開閉弁を介して第３のタンクと該減圧手段とを接続し、第２の吸気開閉弁が開弁されたときに第３のタンクの内部を減圧する第２の吸気管と、
   第３の吸気開閉弁を介して第４のタンクと該減圧手段とを接続し、第３の吸気開閉弁が開弁されたときに第４のタンクの内部を減圧する第３の吸気管とを備えることを特徴とする圧縮着火内燃機関。
2. 前記第１乃至第４の各タンクと、前記水タンクとは、それぞれ収容する液体の液面を検知する液面検知手段を備えることを特徴する請求項１記載の圧縮着火内燃機関。
3. 前記第２のタンクは、前記液体炭化水素と前記混合液との分離を検知する分離検知手段を備えることを特徴とする請求項１または請求項２記載の圧縮着火内燃機関。
4. エタノールと水との混合液または液体炭化水素を燃料に添加する圧縮着火内燃機関の制御方法であって、
   気密に密閉されていて、エタノールと液体炭化水素とを所定の割合で混合した混合燃料を収容すると共に、第１の大気開放弁を備える第１のタンクと、
   水を収容する水タンクと、
   気密に密閉されていて、該第１のタンクから供給される該混合燃料と、該水タンクから供給される該水とを混合し、該エタノールと該水とが混合された混合液と、該液体炭化水素とに分離すると共に、第２の大気開放弁を備える第２のタンクと、
   気密に密閉されていて、該第２のタンクから抽出された該液体炭化水素を収容すると共に、第３の大気開放弁を備える第３のタンクと、
   気密に密閉されていて、該第２のタンクから抽出された該混合液を収容すると共に、第４の大気開放弁を備える第４のタンクと、
   第１乃至第４の各タンクの内部を減圧する減圧手段と、
   第１の給液開閉弁を介して第１のタンクと第２のタンクとを接続し、第１の給液開閉弁が開弁されたときに第１のタンクに収容されている該混合燃料を第２のタンクに供給自在とする第１の給液管と、
   第２の給液開閉弁を介して該水タンクと第２のタンクとを接続し、第２の給液開閉弁が開弁されたときに該水タンクに収容されている該水を第２のタンクに供給自在とする第２の給液管と、
   第３の給液開閉弁を介して第２のタンクと第３のタンクとを接続し、第３の給液開閉弁が開弁されたときに第２のタンクに収容されている該液体炭化水素を抽出して第３のタンクに供給自在とする第３の給液管と、
   第４の給液開閉弁を介して第２のタンクと第４のタンクとを接続し、第４の給液開閉弁が開弁されたときに第２のタンクに収容されている該混合液を抽出して第４のタンクに供給自在とする第４の給液管と、
   第１の吸気開閉弁を介して第２のタンクと該減圧手段とを接続し、第１の吸気開閉弁が開弁されたときに第２のタンクの内部を減圧する第１の吸気管と、
   第２の吸気開閉弁を介して第３のタンクと該減圧手段とを接続し、第２の吸気開閉弁が開弁されたときに第３のタンクの内部を減圧する第２の吸気管と、
   第３の吸気開閉弁を介して第４のタンクと該減圧手段とを接続し、第３の吸気開閉弁が開弁されたときに第４のタンクの内部を減圧する第３の吸気管とを備える燃料分離システムを用い、
   要求負荷が低くなるほど該第３のタンクから供給される該液体炭化水素の燃料に対する添加量を増加し、要求負荷が高くなるほど該第４のタンクから供給される該混合液の燃料に対する添加量を増加することを特徴とする圧縮着火内燃機関の制御方法。

Images