JP2007231761A - 内燃機関の燃料供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外部から供給された燃料を分離して内燃機関に供給する燃料供給装置において、燃料の分離機能に不具合が生じたとき、容易な故障診断の実施を可能とする。
【解決手段】車両等に搭載された燃料タンク２内の燃料を、高オクタン価燃料、低オクタン価燃料、始動用燃料に分留するとともに、燃料改質装置５１が低オクタン価燃料を改質し、改質前よりもオクタン価が高い改質燃料を生成する。エンジン１の運転状態に応じて、高オクタン価燃料、改質燃料のいずれかが選択または混合されて、エンジン１に供給されることで効率的な運転が行われる。その際、エンジンの運転状態が安定するような燃料の選択または混合比率の特定ができないときには、分留および／または改質機能が不良であると判断して、分留器３および燃料改質装置５１の動作を停止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両に搭載されるエンジンなどの内燃機関に燃料を供給するための燃料供給装置に係り、特に、外部から供給された燃料を分離することによって内燃機関を高効率で運転させるための燃料供給技術に関する。

従来、車両の外部から供給された燃料に対して改質を行うことでオクタン価を高め、機関負荷などの内燃機関の運転状態に応じた所望のオクタン価の燃料を内燃機関に供給する技術が知られている。

たとえば、下記特許文献１に開示された燃料供給装置では、分留装置と改質装置とを備える。分留装置は、外部から補給された燃料を低オクタン価燃料と高オクタン価燃料とに分留し、改質装置は、分留装置によって生成された低オクタン価燃料のオクタン価を高める。そして、分留装置によって生成された高オクタン価燃料と、改質装置によってオクタン価が高められた改質燃料とを、機関負荷に応じて要求されるオクタン価になる比率で混合させて、内燃機関に供給する。
特開２０００−３２９０１３号公報

ところで、上述した従来の燃料供給装置は、分留装置および／または改質装置等、組成に応じた燃料の分離機能に不具合が生じたときに適切な処理がなされない場合には、その不具合部位や原因の特定を含む故障診断の実施を困難とする。それゆえ、分留装置または改質装置を含む燃料供給装置全体を取り替える必要が生ずる等、使用者に著しい不利益が招来する可能性がある。

したがって、本発明の目的は、外部から供給された燃料を分離して内燃機関に供給する燃料供給装置において、燃料の分離機能に不具合が生じたとき、容易な故障診断の実施を可能とすることにある。

上記目的を達成するために、本発明は、燃料タンクと、燃料分離部と、複数の燃料貯蔵部と、燃料供給部と、制御部とを備える。

燃料タンクは、外部から供給される燃料を貯蔵する。燃料分離部は、燃料タンク内の燃料を、それぞれ組成が異なる複数種類の燃料に分離する。この分離方法として、分留や改質などの様々な化学的処理が考え得る。

複数の燃料貯蔵部は、複数種類の燃料をそれぞれ別々に貯蔵する。燃料供給部は、複数の燃料貯蔵部に貯蔵された複数種類の燃料の中からいずれかの燃料を選択または混合し、内燃機関に所望の組成の燃料を供給する。制御部は、内燃機関の運転状態に応じて、燃料供給部における燃料の選択または混合比率の特定を行う。

さらに、制御部は、内燃機関が所望の運転状態となるような燃料の選択または混合比率の特定ができないとき、燃料分離部の分離動作を停止させる。すなわち、内燃機関が所望の運転状態となるような燃料の選択または混合比率の特定ができないときは、燃料分離部によって所期の組成を有する燃料が生成されていない、つまり、燃料分離部が正常に機能していないと判断して、燃料分離部の動作を停止させるようにする。

したがって、本発明によれば、外部から供給された燃料に対して燃料分離部が正常に分離することができなくなると、その燃料分離部の動作を停止させることで、複数の燃料貯蔵部に貯蔵されている複数種類の燃料の状態がそのまま保持されるため、複数の燃料貯蔵部内の各燃料を順次評価するなどして、不具合原因の特定などの故障診断を容易に行うことが可能となる。

以下、本発明に係る燃料供給装置の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る燃料供給装置を含むエンジンのシステム構成図である。なお、図１において、エンジン１は、通常のガソリンエンジンの圧縮比より高い圧縮比に設定されるものとする。また、エンジン１の燃焼方式の違い、たとえば火花点火、圧縮着火の違いは問わない。

なお、燃料タンク２は、本発明の燃料タンクの一実施形態である。

分留装置３および改質装置５１は、本発明の燃料分離部を構成する。

高オクタン価燃料タンク４、低オクタン価燃料タンク５および始動用燃料タンク６は、本発明の複数の燃料貯蔵部を構成する。

弁（切換弁１０，１１、開閉弁１４，１５）、ポンプ（燃料混合用ポンプ８、燃料ポンプ１２，１３）、燃料タンク（燃料タンク９，１２，１３）、燃料混合比率調整器７は、本発明の燃料供給部を構成する。

ＥＣＵ２０は、本発明の制御部の一実施形態である。

＜システム構成＞
先ず、図１に示すエンジンのシステム構成について以下説明する。

燃料タンク２は、車両に補給される燃料を貯蔵するためのものであり、燃料の分留機能を有する分留装置３に接続される。また、分留装置３には、分留された燃料を貯蔵する高オクタン価燃料タンク４、低オクタン価燃料タンク５および始動用燃料タンク６が接続される。

分留装置３では、燃料タンク２に貯蔵される燃料を沸点に応じて複数の成分に分留する。

図２は、燃料に含まれる成分の沸点範囲とオクタン価との関係の一例を示す図である。分留装置３は、図２に示すように、９０℃以下の低沸点の燃料成分と、オクタン価の高い沸点範囲、例えば９０℃から１５０℃の燃料成分と、１５０℃より沸点の高く低オクタン価の燃料成分とを生成する。

９０℃から１５０℃の燃料成分は、高オクタン価燃料タンク４に供給されて貯蔵される。９０℃以下の低沸点の燃料成分と、１５０℃より沸点の高い燃料成分とは、低オクタン価燃料タンク５に供給されて貯蔵される。９０℃において気体状の燃料成分は、始動用燃料タンク６に供給されて貯蔵される。

なお、分留装置３は、かかる分留動作に要する温度環境を整えるため、燃料クーラーまたは空冷装置などの熱交換器（図示しない）を備える。

分留装置３における分留動作の基準となる沸点範囲は、車両に補給される燃料やエンジンの使用形態によって変更するようにしてもよいが、以下では、分留装置３が９０℃から１５０℃の燃料成分を高オクタン価の燃料成分として分離する場合を一例として説明する。

低オクタン価燃料タンク５内には、改質装置５１が設置される。改質装置５１は、改質に必要な条件（たとえば、温度と圧力）が整えられ、低オクタン価燃料タンク５に貯蔵される低オクタン価燃料を改質することで、改質前の低オクタン価燃料よりも高いオクタン価である改質燃料を生成する。

図３に示す改質動作の一例では、改質装置５１では、３００℃、１ＭＰａの条件下で、白金アルミナゼオライト触媒によってノルマルペンタンを異性化し、オクタン価の高いイソペンタンを生成する。但し、改質装置５１によって生成された改質燃料のオクタン価は、高オクタン価燃料タンク４に貯えられる燃料よりも低い。

このように、実施形態に係る燃料供給装置においては、上述した分留装置３および改質装置５１によって、燃料タンク２に貯蔵される燃料は、それぞれ組成が異なる複数種類の燃料に分離して個別に貯蔵される。

燃料混合比率調整器７は、高オクタン価燃料タンク４と低オクタン価燃料タンク５とに接続される。燃料混合比率調整器７は、高オクタン価燃料タンク４および低オクタン価燃料タンク５から供給される燃料量の比率を制御する比例電磁弁を含んで構成され、ＥＣＵ２０から指示される混合比率を示す制御信号に基づき、各タンクからの流量を制御する。これによって、燃料混合比率調整器７は、高オクタン価燃料タンク４からの高オクタン価、低オクタン価燃料タンク５からの改質燃料のいずれかを選択または混合する。

燃料タンク９には、燃料混合比率調整器７によって選択または混合された燃料が燃料混合用ポンプ８、切換弁１０を介して供給され、貯蔵される。

燃料タンク９内の燃料は、切換弁１１および燃料ポンプ１２を介して、エンジン１の燃料噴射弁に送られる。

切換弁１０，１１は、ＥＣＵ２０からの制御信号に応じて、燃料通路の切換動作が制御される。すなわち、高オクタン価燃料（高オクタン価燃料タンク４）、改質燃料（低オクタン価燃料タンク５）、燃料混合比率調整器７によって選択または混合された燃料（燃料タンク９）のいずれかがエンジン１に導かれるようになっている。

また、燃料タンク２は、切換弁１１と直接接続される。これは、後述するように分留装置３や改質装置５１の動作を停止したとき、燃料タンク２内の燃料を直接エンジン１へ供給できるようにするためである。

ＥＣＵ（Electronic Control Unit）２０は、マイクロコントローラを主体として構成される。ＥＣＵ２０は、点火時期センサ９１、吸入空気量センサ９２、スロットル開度センサ９３、クランク角センサ９４、水温センサ９５、ノックセンサ９６、排気温センサ９７などから検出信号を入力し、所定の演算を行うことによってエンジン１の運転状態、環境状態を推定するほか、エンジン１の点火時期、燃料噴射時期、燃料噴射量等を決定する。

ＥＣＵ２０は、エンジンの運転状態等に応じて、前述したように、高オクタン価燃料タンク４からの高オクタン価燃料と、低オクタン価燃料タンク５からの改質燃料との混合比率を示す制御信号を、燃料混合比率調整器７に送出する。

ＥＣＵ２０は、前述したように、切換弁１０，１１、開閉弁１４，１５を制御することによって、燃料タンク２内の燃料、高オクタン価燃料タンク４内の高オクタン価燃料、低オクタン価燃料タンク５によって生成される改質燃料、燃料混合比率調整器７によって選択または混合された燃料のうちいずれかの燃料を、燃料ポンプ１２を介してエンジン１に供給する。

また、ＥＣＵ２０は、外気温度が低いときには、制御信号によって燃料ポンプ１３を動作させ、始動用燃料を燃料ポンプ１３を介してエンジン１に供給する。

＜燃料供給動作＞
次に、エンジン１に対する燃料供給動作について、具体的に説明する。

先ず、車両に供給された燃料は、最初に燃料タンク２に貯蔵される。そして、燃料タンク２に貯蔵された燃料は、分留装置３の処理能力に応じて、分留装置３内に順次導入される。

分留装置３では、先ず、導入された燃料に対して、燃料温度が１５０℃になる熱を加える。この加熱によって蒸発した沸点１５０℃以下の燃料成分は、その後９０℃まで冷却される。この冷却化により凝縮した沸点９０℃〜１５０℃範囲の燃料成分が、高オクタン価燃料タンク４に供給されて貯えられる。

一方、沸点が９０℃以下の燃料成分と、沸点が１５０℃以上の燃料成分とは、低オクタン価燃料タンク５に供給されて貯えられる。９０℃で気体状の燃料は始動用燃料タンク６に導かれ、貯えられる。

図２に示したように、一般的な燃料は、沸点の低い領域と高い領域でオクタン価が低く、沸点９０℃〜１５０℃範囲でオクタン価が高いので、上記の手順により燃料を分留することによってオクタン価の異なる燃料成分に分離できる。なお、高オクタン価成分の沸点範囲は、９０℃〜１５０℃の範囲に限定されるものではなく、実際の使用燃料及び要求オクタン価に応じて適宜設定されるべきものである。また、簡便には、沸点９０℃以下の燃料を低オクタン価燃料として分離し、それ以外を高オクタン価燃料とする構成であってもよい。

低オクタン価燃料タンク５において、改質装置５１は、低オクタン価燃料に対して触媒作用を施すとともに、クラッキングや重合などの変成を行う改質動作を行うことで、改質前よりもオクタン価の高い燃料（改質燃料）を生成して貯蔵する。

なお、分留装置３で高オクタン価燃料と低オクタン価燃料とに分離することなく、車両に補給された燃料を直接燃料改質装置により改質させることも可能ではあるが、オクタン価の高いものが混ざっている状態では、燃料改質装置の効率（単位時間当たりの改質量）が低下するので、上記のように、分留装置３で分離された低オクタン価燃料を改質することが、高効率の改質を実現するうえで好ましい。

以上の動作により別々のタンクに貯えられた、高オクタン価燃料と改質燃料（改質によって得られたオクタン価の高い燃料であるが、沸点９０℃〜１５０℃範囲の燃料のオクタン価には及ばない燃料）は、エンジンの運転状態に応じて、エンジン１に供給される燃料が所望のオクタン価になるように、燃料混合比率調整器７で混合される。すなわち、燃料混合比率調整器７は、ＥＣＵ２０からの制御信号に基づいて、高オクタン価燃料タンク４および低オクタン価燃料タンク５からの流量を調節する。

図４は、燃料混合比率調整器７における流量制御弁の開度と、混合比率との関係を示す図である。図４に示すように、燃料混合比率調整器７では、流量制御弁の開度がポジション１である場合には改質燃料が選択され、流量制御弁の開度がポジション２である場合には高オクタン価燃料が選択される。そして、ポジション１〜ポジション２間の開度を設定することによって、所望の混合比率を設定できるようになっている。

燃料混合比率調整器７によって選択または混合された燃料は、燃料混合用ポンプ８および切換弁１０を介して、燃料タンク９に貯蔵される。そして、燃料タンク９内の燃料は、燃料ポンプ１２を介してエンジン１に供給される。

燃料混合比率調整器７における燃料混合比率は、ノッキング回避のための要求オクタン価に基づいて行われ、エンジン負荷及びエンジン回転数(rpm)などのエンジン１の運転状態に応じて変化する。

図５は、エンジン負荷及びエンジン回転数Ｎｅと、要求される燃料混合比率との関係の一例を示す。図５に示すように、エンジンの運転状態が低負荷で、ノッキング回避のため要求オクタン価が比較的低い場合には、改質燃料の割合を大きくし、エンジン負荷が高くノッキング回避のための要求オクタン価が比較的高い場合には、沸点９０℃〜１５０℃範囲の高オクタン価燃料の割合を大きくする。

なお、エンジンの負荷は、スロットル開度（スロットル開度センサ９３）や、そのスロットル開度を基に各種エンジン状態のパラメータを考慮してＥＣＵ２０内部で決定される燃料噴射量などによって推定できる。

また、エンジンの始動時及び始動直後であってエンジン温度が低いとき、即ち、エンジンの暖機中においては、始動用燃料タンク６内の燃料をエンジン１に供給する。この始動用燃料は、低沸点成分（沸点が９０℃以下）の燃料であることから、燃料の気化が車両に補給される燃料よりも良いため、燃焼室壁面などに対する燃料付着が抑制され、燃焼が良好に行われ、排気性能が改善される。

なお、エンジン暖機状態は、エンジンの冷却水温度（水温センサ９５）に基づいて判断できる。たとえば冷却水温度が４０℃よりも低いときに、エンジンが暖機中であると判断して、始動用燃料を供給するようにする。

また、エンジンの暖機完了後は、ノッキングが発生し易くなるため、前述のように、エンジン負荷に応じて要求されるオクタン価になるように、改質燃料と沸点９０℃〜１５０℃範囲の高オクタン価燃料との混合比率を調整する。

＜燃料の選択または混合の処理動作＞
次に、ＥＣＵ２０が主体として実行する、本燃料供給装置の燃料の選択または混合の処理動作について、図６のフローチャートを参照して説明する。

ステップＳ１では、エンジン回転、エンジン負荷などの運転状態の読み込みを行い、ステップＳ２では、エンジン安定度の判定を行う。すなわち、エンジン安定度（数値が大きいほどエンジンが安定して運転していることを示すパラメータ）が、設定値よりも大きいか否かを判別する。

なお、エンジン安定度として、エンジン回転の変動値や、燃焼圧の変動値を用いることができる。たとえばエンジン回転の変動値が大きいときには、エンジン安定度が小さいと判断する。

ステップＳ２においてエンジン安定度が所定の設定値よりも高いと判断した場合（エンジン運転が安定している場合）には、さらに、ステップＳ３へ進み、ノッキング発生の有無をノックセンサ９６の検出信号に基づいて判別する。

ノッキングの発生がない場合には、ステップＳ４へ進み、その時点で使用している燃料の選択結果をそのまま保持する。

一方、エンジンの安定度が小さいか、又は、ノッキングが発生するときには、ステップＳ５へ進み、そのときの条件に対応して選択される燃料を、改質燃料（低オクタン価燃料タンク５）と高オクタン価燃料（高オクタン価燃料タンク４）との間で切り替える処理（選択処理）を行う。

そして、同一の運転状態において（ステップＳ６）、新たに選択された燃料を供給したときのエンジン安定度及びノッキングを判定し、エンジン運転が安定化するか（ステップＳ７）、または、ノッキングが発生しなくなったときには（ステップＳ８）、ステップＳ６における運転状態において、次回から変更後の燃料が選択されるように選択条件を変更するような学習処理を行う（ステップＳ９）。たとえば、かかる選択条件は、外気温度、エンジン負荷、エンジン回転数等と設定値との比較結果であるが、ステップＳ９の学習処理では、次回のステップＳ５の処理で適切な燃料選択ができるように、設定値の更新等を行う。

たとえば、外気温度が低く、かつ、エンジン負荷が小さいために改質燃料を供給したことでノッキングが発生した場合には、同じ条件（同一外気温度、同一エンジン負荷）で、改質燃料よりもオクタン価の高い高オクタン価燃料を供給する。そして、その結果、ノッキングが発生しなくなったことが確認された場合には、上記設定値を変更して、次回から同一条件では、高オクタン価燃料が選択されるようにする。

また、外気温度が低く、かつ、エンジン負荷が大きいために高オクタン価燃料を供給したことでエンジン安定度が小さいときには、同じ条件（同一外気温度、同一エンジン負荷）で、高オクタン価燃料よりもオクタン価の低い改質燃料を供給させ、エンジン安定度が改善された場合には、上記設定値を変更して、次回から同一条件では、改質燃料が選択されるようにする。

ここで、改質燃料と高オクタン価燃料との間で使用燃料を切り替えても、エンジン運転の安定度が小さいか（ステップＳ７）、または、ノッキングが発生する場合（ステップＳ８）、ステップＳ１０へ進む。

ステップＳ１０では、たとえば図５に例示したように、運転状態に応じた混合比を所定の許容範囲内で設定できるか否かを判断する。たとえば、図５に従って、運転状態に応じた目標混合比が７：３（高オクタン価燃料：改質燃料）である場合には、この７：３の混合比に対して所定の許容範囲を見積もった範囲内の混合比を、分留・改質条件を変更することで実現できるか否かを判断する。ここで、たとえば装置の設計の際に決められた範囲など、予め規定された分留・改質条件の範囲を越える変更が必要である場合には、混合比を許容範囲内で設定できない、すなわち、燃料の選択または混合比率の特定ができないと判断する。

混合比が所定の許容範囲内に設定できるときは、実際にその混合比への変更が行われる（ステップＳ１１）。すなわち、ＥＣＵ２０からの制御信号に基づき、燃料混合比率調整器７は、高オクタン価燃料タンク４からの高オクタン価燃料の流量と、低オクタン価燃料タンク５からの改質燃料の流量を制御することで、燃料タンク９内に設定された混合比の燃料が貯えられるようにする。これによって、エンジン１に供給される、燃料タンク９内の燃料のオクタン価が変更される。

上記混合比率の変更によってエンジン１に供給される燃料のオクタン価を変更しても、エンジン安定度やノッキングを改善できない場合には、必要に応じて、燃料の分留・改質条件を変更することで更なるオクタン価の変更を図る（ステップＳ１２）。たとえば、燃料の分留・改質条件の変更によるオクタン価の増加（ノッキング回避）は、初期設定されている沸点範囲９０℃〜１５０℃を、オクタン価のより高い成分が多い、例えば１３０℃〜１５０℃に狭めて、よりオクタン価の高い燃料を抽出し、また、残った低オクタン価の燃料に対する改質時間をより長くすることで、改質燃料のオクタン価をより高めることによって実現される。

なお、ステップＳ１１における燃料混合比の変更は、時間当たりの分留・改質能力を考慮し、その変更量を所定値に制限して行う。たとえばノッキングが改善されない場合には、燃料タンク９のオクタン価をより高めるべく、高オクタン価燃料タンク４からの高オクタン価燃料の比率を少しずつ高めていく。そして、ステップＳ１１→Ｓ１２→Ｓ６→Ｓ７，Ｓ８→Ｓ１０→Ｓ１１のループ処理を繰り返し、エンジンが安定し、かつ、ノッキングが生じない混合比となった時点でステップＳ９へ進む。

したがって、本実施形態に係る燃料供給装置では、エンジン安定度が高く、または、ノッキングが生じないようなオクタン価の燃料がエンジン１に供給されるように、燃料の混合比率が常に制御されることになる。

一方、ステップＳ１０において、混合比が所定の許容範囲内に設定できないときは、ステップＳ１３へ進み、ＥＣＵ２０は、分留装置３および改質装置５１の作動を停止させる。混合比が許容範囲外に設定された場合には、分留装置３および／または改質装置５１が故障もしくは劣化（以下、総称して「故障」）によって所期の能力を発揮していないと判断し、分留装置３および改質装置５１の作動を停止させることによって故障時の作動状態を保存し、後の故障診断等によって不具合部位を容易に特定することができるようにする。

なお、この時点で、エンジン１が搭載された車両の警告灯（図示しない）を点灯させることで、分留装置３および／または改質装置５１の故障を車両の使用者に対して報知することが好ましい。

さらに、ステップＳ１４において、ＥＣＵ２０は、車両に補給された燃料タンク２内の燃料が直接エンジン１へ供給されるように切換弁１１を制御するとともに、燃料タンク２内の燃料に応じたエンジン設定（機関設定；たとえば、点火時期、燃料噴射時期、圧縮比等）の変更を行う。これによって、分留装置３および／または改質装置５１が故障時の作動状態を保持したまま、たとえば修理工場まで走行するためにエンジン１を動作させることができる。

ステップＳ１４以降において、故障診断を実行することが可能な状態となる（ステップＳ１５）。

＜故障診断の処理動作その１＞
次に、ＥＣＵ２０が主体として実行する、本燃料供給装置の故障診断の処理動作について、図７のフローチャートを参照して説明する。図７に示すフローチャートでは、改質燃料および高オクタン価燃料を使用して、故障診断の処理を行う。

なお、かかる故障診断処理の実行主体は、使用者の利便性の観点からＥＣＵ２０であることが好ましいが、修理工場にある外部装置（図示しない）であってもよい。

本故障診断では、不具合部位を特定するために、低オクタン価燃料タンク５に貯えられた改質燃料、高オクタン価燃料タンク４に貯えられた高オクタン価燃料を、順にエンジン１に供給し、その安定度を評価することにより行う。

その際、広範な運転条件でエンジン１の安定度を評価することによって評価精度を高めるため、たとえば図８に示すような複数の運転条件を予め規定しておく（図８の例では、３条件）。そして、運転条件ごとに、エンジンの安定度評価のために閾値を予め設定する。

先ず、エンジン１の運転状態の読み込みを行い（ステップＳ２１）、予め規定された、故障診断のための運転条件と合致するかを判断する（ステップＳ２２）。合致する場合にはステップＳ２３に進み、改質燃料をエンジン１に供給する（ステップＳ２３）。すなわち、燃料混合比率調整器７の流量制御弁の開度をポジション１（図４参照）に設定し、低オクタン価燃料タンク５からの改質燃料のみが、燃料混合用ポンプ８、切換弁１０、切換弁１１を介して、エンジン１に供給されるようにする。

改質燃料を用いたエンジンの安定度評価は、ステップＳ２３において供給燃料が改質燃料に切り替えられた後、実際に改質燃料がエンジン１に到達するために要する時間遅れ（時間Ｔ）を考慮して行われる（ステップＳ２４）。そして、その時間遅れＴが経過した後に、改質燃料に応じてエンジン設定を変更した後に、たとえばエンジン回転の変動値や、燃焼圧の変動値のデータを取得することで安定度の読み込みを行う（ステップＳ２５）。

ステップＳ２６において、読み込まれた安定度の値は、運転条件（ステップＳ２１で読み込まれた運転状態と同一）に応じた閾値と比較し、安定度が閾値以下である、すなわち、安定度が悪化する場合には、低オクタン価燃料タンク５内の改質装置５１では、適切に改質が行われていないと判断し、改質装置５１を不具合部位として特定する（ステップＳ２７）。

一方、ステップＳ２６における比較の結果、安定度が閾値より大きい場合には、改質装置５１は正常に機能していると判断して、ステップＳ２８へ進む。

次に、高オクタン価燃料をエンジン１に供給する（ステップＳ２８）。すなわち、燃料混合比率調整器７の流量制御弁の開度をポジション２（図４参照）に設定し、高オクタン価燃料タンク４からの高オクタン価燃料のみが、燃料混合用ポンプ８、切換弁１０、切換弁１１を介して、エンジン１に供給されるようにする。

なお、図示していないが、高オクタン価燃料を用いたエンジンの安定度評価は、上記した改質燃料の場合と同様に、実際に高オクタン価燃料がエンジン１に到達するために要する時間遅れを考慮して行われることが好ましい。

ステップＳ２９では、高オクタン価燃料に応じてエンジン設定（点火時期、燃料噴射時期、圧縮比等）を変更した後に、たとえばエンジン回転の変動値や、燃焼圧の変動値のデータを取得することで安定度の読み込みを行う（ステップＳ２９）。

ステップＳ３０において、読み込まれた安定度の値は、運転条件（ステップＳ２１で読み込まれた運転状態と同一）に応じた閾値と比較し、安定度が閾値以下である、すなわち、安定度が悪化する場合には、分留装置３では適切に分留が行われていないと判断し、分留装置３を不具合部位として特定する（ステップＳ３１）。

一方、ステップＳ３０における比較の結果、安定度が閾値より大きい場合には、分留装置３は正常に機能していると判断して、ステップＳ３２へ進み、燃料混合比率調整器７またはその他の不具合（たとえば切換弁１１などの不具合）が存在すると判断する（ステップＳ３２）。

図９は、たとえば改質燃料をエンジン１に供給した場合の故障診断処理を示すタイミングチャートであり、（ａ）はエンジン点火時期、（ｂ）はエンジン安定度（ノッキング強度）を示す。図示したタイミングチャートは、図７におけるステップＳ２１〜Ｓ２７に相当する。

図９において、時刻ｔ０に故障診断が開始されると、改質燃料がエンジン１に供給されるまでの切り替え時間（時間遅れＴ）の間は、エンジン安定度の読み込みは行われない。時間遅れＴが経過した後、図９（ａ）に示すように、改質燃料に応じたエンジン設定として、エンジン点火時期を進角化させるとともに、エンジン安定度の読み込みが開始される。

図９（ｂ）に示すように、安定度の閾値は、それぞれ異なる運転条件Ａ〜Ｃに対して別々に設定される。そして、たとえば運転条件Ｃの場合、読み込んだ安定度がその閾値を越える時刻ｔ１において、改質の異常であると判断する。

＜故障診断の処理動作その２＞
次に、ＥＣＵ２０が主体として実行する、本燃料供給装置の故障診断の別の処理動作について、図１０のフローチャートを参照して説明する。図１０に示すフローチャートは、図７に示したフローチャートによる故障診断を実行した後の最初の始動時に実行される処理であって、始動用燃料タンク６内の始動用燃料が所期の組成であるか否かを確認するための処理である。

図１０において、イグニッションＳＷがＯＮされると、先ず、水温センサ９５からの検出信号に基づいて、冷却水温がたとえば４０℃より低いか否かを判断する（ステップＳ４１）。冷却水温が４０℃以上である場合には、エンジンの暖機が終了したと判断し、始動時の故障診断は行わない。

一方、ステップＳ４１において、冷却水温が４０℃より低い場合には、ステップＳ４２へ進む。外気温度センサ（図示しない）によって検出される外気温度（たとえばエンジンの吸気温度）が所定の設定値、たとえば１０℃よりも低いか否かを判断する（ステップＳ４２）。そして、外気温度が１０℃よりも低いときには、冷間始動時であると判断し、ステップＳ４３以降の処理を行う。

ステップＳ４３では、始動用燃料タンク６からの燃料をエンジン１に供給するとともに、ＥＣＵ２０は、始動時間の読み込みを行う。

ここで、分留装置３が正常に機能しているならば、気化性の高い低沸点成分（沸点が９０℃以下）の燃料が始動用燃料タンク６に貯えられているはずである。したがって、始動時間が所定値（たとえば１秒）を越えるときには（ステップＳ４４）、分留装置３が正常に機能しておらず、始動用燃料が所期の組成の燃料ではないと判断し、分留装置３の不良であると判定する（ステップＳ４５）。

一方、始動時間が所定値以下であるときには（ステップＳ４４）、分留装置３が正常であると判定する。

＜本燃料供給装置の特徴＞
（１）
以上説明したように、上記燃料供給装置は、車両に搭載された燃料タンク２内の燃料を、高オクタン価燃料（たとえば９０〜１５０℃の沸点）、低オクタン価燃料（たとえば９０℃以下または１５０℃以上の沸点）、始動用燃料（９０℃で気体状の燃料）に分留するとともに、改質装置５１が低オクタン価燃料を改質し、改質前よりもオクタン価が高い改質燃料を生成する。エンジン１の運転状態に応じて、高オクタン価燃料、改質燃料のいずれかが選択または混合されて、エンジン１に供給されることで効率的な運転が行われる。その際、エンジン回転の変動値や、燃焼圧の変動値などに基づいてエンジンの運転状態が安定するような燃料の選択または混合比率の特定ができないときには、分留および／または改質機能が不良であると判断して、分留装置３および改質装置５１の動作を停止する。

したがって、分留および／または改質機能が不良であると判断した時点における高オクタン価燃料タンク４、低オクタン価燃料タンク５、始動用燃料タンク６に貯蔵されている燃料がそのままの状態で保持される。それゆえ、故障診断において、原因の特定、故障部位の特定が容易となる。

（２）
上記燃料供給装置は、燃料タンク２からエンジン１へ直接燃料を供給するための燃料通路を備え、ＥＣＵ２０は、燃料の選択または混合比率の特定ができないとき（図６のステップＳ１０）、その燃料通路を介してエンジン１に燃料を供給する。すなわち、分留装置３および改質装置５１の動作を停止したとき、切換弁１１を制御することで、車両に搭載された燃料タンク２内の燃料を、燃料タンク２→切換弁１１→燃料ポンプ１２→エンジン１による燃料通路を介して、直接エンジン１に供給する。

したがって、分留および／または改質機能が不良であると判断した時点における高オクタン価燃料タンク４、低オクタン価燃料タンク５、始動用燃料タンク６に貯蔵されている燃料をそのままの状態で保持しながら、たとえば故障診断を行う修理工場までの間、使用者は車両の走行を継続することができる。

（３）
故障診断は、分離によって生成された改質燃料、高オクタン価燃料を順次エンジン１に供給し、エンジン安定度に基づいて、エンジン１の運転が安定するか否かを評価することにより行う。したがって、その燃料ごとの安定度評価結果により故障部位を容易に特定することができる。たとえば、改質燃料によるエンジン安定度の評価が悪いときには、改質装置５１が正しく機能していないと判断することができ、高オクタン価燃料によるエンジン安定度の評価が悪いときには、分留装置３が正しく機能していないと判断することができる。

（４）
故障診断は、高オクタン価燃料および改質燃料のそれぞれに適したエンジン設定（たとえば点火時期、圧縮比、燃料噴射時期等）をエンジン１に与えることによって行われる。これによって、各燃料性状に合致した状態でエンジン１の安定度を評価することができ、評価精度が向上する。

（５）
故障診断は、少なくとも、エンジン１の温度が低くかつ運転開始時である第１運転条件下と、エンジン１の負荷が所定の閾値よりも高い第２運転条件下とにおいて行われる。

第１運転条件は、たとえば冷間始動時の条件である。この第１運転条件下では、気化性が高く燃焼しやすい、低沸点成分である始動用燃料を使用し、始動時間を評価することにより行われる。したがって、始動用燃料を生成する分留装置３の機能を適切に評価することができる。

第２運転条件は、図８に例示したように、暖機後の複数の運転条件を含む。この第２運転条件下では、高沸点成分として、改質燃料または高オクタン価燃料を用いる。この第２運転条件下では、広範囲な運転領域でエンジン１の安定度を評価することができ、評価精度が向上する。

（６）
故障診断では、改質燃料は、分留装置３によって得られた燃料のうち改質装置５１によって改質されない非改質燃料（高オクタン価燃料）よりも先にエンジン１に供給される。すなわち、故障診断におけるエンジン１の安定度評価は、最初に改質燃料、その後に、非改質燃料である高オクタン価燃料、の順に、それぞれエンジン１に供給することにより行う。これにより、化学反応を伴うために最も劣化が懸念される改質装置５１の故障有無を速やかに判断することができ、故障診断時間を低減できる可能性が高くなる。

以上、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成及びシステムは本実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更や、他のシステムへの適応なども含まれる。

たとえば、上述した実施形態では、燃料タンク２内の燃料に対する燃料分離機能として、分留装置３および改質装置５１を使用した例について説明したが、分留・改質処理を利用した分離方法に限られない。本実施形態では、燃料分離の結果、異なるタンクに組成の異なる燃料が貯蔵され、分離機能の故障判定時（上述した実施形態ではステップＳ１０の処理時）にその分離機能を停止するようにすればよく、分離方法を限定しない。

実施形態におけるエンジンのシステム構成図。 燃料に含まれる成分の沸点範囲とオクタン価との関係の一例を示す図。 改質燃料の生成方法の一例を図解する図。 燃料混合比率調整器における流量制御弁の開度と、混合比率との関係を示す図。 エンジン負荷及びエンジン回転数と、要求される燃料混合比率との関係の一例を示す図。 燃料供給装置の燃料の選択または混合の処理動作を示すフローチャート。 燃料供給装置の故障診断の処理動作（暖機後）を示すフローチャート。 エンジンの安定度を評価する運転条件を示す図。 改質燃料をエンジンに供給した場合の故障診断処理を示すタイミングチャート。 燃料供給装置の故障診断の処理動作（始動時）を示すフローチャート。

符号の説明

１ エンジン
２ 燃料タンク
３ 分留装置
４ 高オクタン価燃料タンク
５ 低オクタン価燃料タンク
５１ 改質装置
６ 始動用燃料タンク
７ 燃料混合比率調整器
８ 燃料混合用ポンプ
９ 燃料タンク
１２，１３ 燃料ポンプ
１０，１１ 切換弁
１４，１５ 開閉弁
２０ ＥＣＵ

Claims (9)

1. 外部から供給される燃料を貯蔵する燃料タンクと、
   前記燃料タンク内の燃料を、それぞれ組成が異なる複数種類の燃料に分離する燃料分離部と、
   前記複数種類の燃料をそれぞれ別々に貯蔵する複数の燃料貯蔵部と、
   前記複数の燃料貯蔵部に貯蔵された複数種類の燃料の中からいずれかの燃料を選択または混合し、内燃機関に所望の組成の燃料を供給する燃料供給部と、
   内燃機関の運転状態に応じて、前記燃料供給部における燃料の選択または混合比率の特定を行う制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、内燃機関が所望の運転状態となるような前記燃料の選択または混合比率の特定ができないとき、前記燃料分離部の分離動作を停止させる
   内燃機関の燃料供給装置。
2. 前記燃料分離部は、前記燃料タンクに貯蔵された燃料に対し、分留および／または改質を行うことによって、前記複数種類の燃料に分離する
   請求項１記載の内燃機関の燃料供給装置。
3. 前記燃料供給部は、前記燃料タンクから内燃機関へ直接燃料を供給するための燃料通路を備え、
   前記制御部は、前記燃料の選択または混合比率の特定ができないとき、前記燃料通路を介して内燃機関に燃料を供給する
   請求項１または２記載の内燃機関の燃料供給装置。
4. 前記制御部は、前記燃料の選択または混合比率の特定ができないとき、前記燃料分離部の分離動作を停止させるとともに、故障診断を開始する
   請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の燃料供給装置。
5. 前記故障診断では、前記複数の燃料貯蔵部に貯蔵された複数種類の燃料を順次内燃機関に供給し、内燃機関の運転が安定するか否かを評価する
   請求項４記載の内燃機関の燃料供給装置。
6. 前記故障診断では、前記複数種類の燃料のそれぞれに対応した機関設定を内燃機関に与える
   請求項５記載の内燃機関の燃料供給装置。
7. 前記燃料分離部は、
   前記燃料タンク内の燃料を、沸点が第１温度とその第１温度よりも高い第２温度とを境にした成分に分留する分留装置と、
   前記第１温度から前記第２温度までを沸点とする成分を改質して、改質燃料を生成する改質装置と、を含み、
   前記故障診断において、前記改質燃料は、前記分留装置によって得られた燃料のうち前記改質装置によって改質されない非改質燃料よりも先に内燃機関に供給される
   請求項５または６記載の内燃機関の燃料供給装置。
8. 前記故障診断は、少なくとも、内燃機関の機関温度が低くかつ運転開始時である第１運転条件下と、内燃機関の機関負荷が所定の閾値よりも高い第２運転条件下とにおいて行われる
   請求項５〜７のいずれかに記載の内燃機関の燃料供給装置。
9. 前記第１運転条件下では、前記第１温度よりも低沸点成分の燃料を内燃機関に供給し、
   前記第２運転条件下では、前記改質燃料、または、前記第２温度よりも高沸点成分の燃料を内燃機関に供給する
   請求項８記載の内燃機関の燃料供給装置。

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