JP4078956B2 - 燃料供給装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関に燃料を供給する燃料供給装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関に燃料を供給する燃料供給装置として、特開平９−２８０１２３号公報に記載されるように、液体燃料を超臨界状態とし、その超臨界状態の燃料を内燃機関の燃焼室内に供給するものが知られている。この燃料供給装置は、液体燃料を超臨界状態とすることで、燃料の微細化を図り燃焼性を改善しようとするものである。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−２８０１２３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような燃料供給装置では、燃料の改質が十分行えないという問題点がある。すなわち、液体燃料を超臨界状態にすることにより、燃料の一部が高沸点成分から低沸点成分へ改質されるが、短時間に高収率で低沸点成分に改質することは困難である。このため、例えば内燃機関の冷間始動時などに、燃料の燃焼性が不十分となり、十分にエミッションを低減することができない。
【０００５】
そこで本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、燃料の燃焼性の向上が図れる燃料供給装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明に係る燃料供給装置は、内燃機関に燃料を供給する燃料供給装置であって、燃料を加圧及び加熱により超臨界状態とする超臨界状態生成手段と、超臨界状態となった燃料と非超臨界状態の燃料とを分離する分離手段とを備え、超臨界状態となった燃料を内燃機関に供給することを特徴とする。また本発明に係る燃料供給装置において、分離手段は超臨界状態生成手段として超臨界状態を生成する超臨界状態室の内部に配置されていることが好ましい。
【００１２】
この発明によれば、超臨界状態生成手段より燃料の全てが超臨界状態にならない場合でも、非超臨界状態の燃料を分離できるため、超臨界状態の燃料のみを内燃機関に供給することができる。このため、超臨界状態の燃料を内燃機関に供給でき、燃料の燃焼性向上が図れる。従って、冷間始動時におけるエミッションの低減及び高負荷駆動時におけるノッキングの抑制が図れる。
【００１７】
また本発明に係る燃料供給装置において、超臨界状態生成手段と内燃機関との間に設けられ超臨界状態となった燃料を貯留する貯留手段とを備え、貯留手段に貯留される燃料を内燃機関に供給可能としたことを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、超臨界状態となった燃料を貯留することにより、内燃機関の冷間始動時にその貯留された燃料を供給することができる。このため、燃料の燃焼性の向上が図れ、内燃機関の始動性の向上及びエミッション低減が図れる。
【００１９】
また本発明に係る燃料供給装置において、超臨界状態生成手段により超臨界状態とされる燃料の温度を計測する温度計測手段と、超臨界状態生成手段により超臨界状態とされる燃料の圧力を計測する圧力計測手段と、燃料の温度が所定の温度範囲内でなく又は燃料の圧力が所定の圧力範囲内でないときに装置異常を報知する報知手段とを備えたことを特徴とする。
【００２０】
また本発明に係る燃料供給装置において、超臨界状態生成手段により加圧及び加熱された燃料の粘性を計測する粘性計測手段と、粘性計測手段により計測された粘性値が所定の粘性値以上であるときに装置異常を報知する報知手段とを備えたことを特徴とする。
【００２１】
この発明によれば、超臨界状態の燃料を内燃機関に供給することにより燃料の燃焼性の向上が図れるとともに、超臨界状態とされる燃料の温度及び圧力を計測し又は燃料の粘性を計測することにより、燃料が正常に超臨界状態となっているか否かを判別することができる。従って、装置の異常検出が可能となる。
また本発明に係る燃料供給装置において、超臨界状態となった燃料の改質を行う改質触媒を備え、分離手段は改質触媒により改質された燃料を分離することが好ましい。
この場合、この発明によれば、超臨界状態となった燃料を改質触媒に接触させることにより、燃料を迅速かつ高収率で高沸点成分（重質成分）から低沸点成分（軽質成分）に転化して燃料を改質することが可能となる。このため、超臨界状態となり改質された燃料を内燃機関に供給することができ、燃料の燃焼性の向上が図れる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づき、本発明の実施形態について説明する。尚、各図において同一要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
（第一実施形態）
図１に第一実施形態に係る燃料供給装置の構成概要図を示す。本図に示すように、燃料供給装置１は、エンジン２に燃料を供給する装置であって、燃料タンク３に貯留される燃料を燃料供給路４を通じてエンジン２に供給するものである。
【００２３】
燃料供給路の途中には、ポンプ５が設けられている。ポンプ５は、燃料を加圧する加圧手段として機能するものであり、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）６に作動制御されている。ポンプ５の作動により、燃料タンク３から液体状の燃料が吸い上げられ、所定の圧力に加圧される。
【００２４】
ポンプ５の下流側には、超臨界状態室７が設けられている。超臨界状態室７は、燃料を超臨界状態とするための空間領域であり、耐圧耐熱構造となっている。超臨界状態室７には、ヒータ８が設けられている。ヒータ８は、超臨界状態室７を所定の温度に加熱する加熱手段として機能するものであり、ＥＣＵ６に作動制御されている。
【００２５】
ヒータ８としては、超臨界状態室７を所定の温度に加熱できるものであれば何れのものでもよく、例えば電気ヒータなどが用いられる。また、ヒータ８としては、エンジン２の排気熱を利用するものであってもよい。このヒータ８及びポンプ５は、エンジン２に供給される燃料を加圧及び加熱して超臨界状態とする超臨界状態生成手段として機能する。
【００２６】
ここで「超臨界状態」とは、燃料を臨界圧力以上の圧力下で臨界温度以上の温度まで昇温することにより得られる状態を意味する。超臨界状態まで液体状の燃料を昇圧昇温させることにより、燃料は気体に相変化するが、超臨界状態での気体は極めて高い密度を有するため液体に近い物性を示す。
【００２７】
すなわち、燃料は、超臨界状態となることにより、気体と液体の中間の物性を示す流体となり、種々の特異な性質を示す。例えば、液体状の燃料を超臨界状態にすることにより、インジェクタ１０によりエンジン２内に噴射する際、通常の液体時に比べはるかに微細な粒子が均一に形成される。
【００２８】
超臨界状態室７内には、改質触媒９が配設されている。改質触媒９は、超臨界状態となった燃料の改質を促進するものであり、例えばハニカム体に白金、ロジウムを付着させたものが用いられる。
【００２９】
超臨界状態室７の下流側には、インジェクタ１０が設けられている。インジェクタ１０は、超臨界状態となった燃料をエンジン２に噴射する噴射手段として機能するものである。このインジェクタ１０の作動制御は、ＥＣＵ６により行われる。
【００３０】
次に本実施形態に係る燃料供給装置の動作について説明する。
【００３１】
図１において、ＥＣＵ６からポンプ５に作動信号が出力され、ポンプ５が駆動する。このポンプ５の駆動により、燃料タンク３から液体状の燃料が吸い上げられ燃料供給路４の上流側に向けて流通する。そして、燃料は、超臨界状態室７に圧送される。このとき、燃料は、ポンプ５の駆動によって所定の圧力に加圧される。その際、燃料の圧力が３〜５ＭＰａになるように加圧することが望ましい。
【００３２】
一方、ＥＣＵ６からヒータ８に作動信号が出力され、ヒータ８が発熱する。これにより、超臨界状態室７が所定の温度に加熱される。その際、超臨界状態室７内の燃料の温度が２５０〜３５０゜Ｃとなるように加熱することが望ましい。
【００３３】
このようなポンプ５の加圧及びヒータ８の加熱により、燃料が超臨界状態となる。そして、燃料は超臨界状態室７内で改質触媒９に接触する。これにより、燃料は、迅速かつ高収率で高沸点成分（重質成分）から低沸点成分（軽質成分）に転化して改質される。
【００３４】
そして、超臨界状態となり改質された燃料は、超臨界状態室７からインジェクタ１０に向けて流通する。そして、ＥＣＵ６からインジェクタ１０に作動信号が出力され、インジェクタ１０から改質された燃料がエンジン２に噴射される。
【００３５】
エンジン２に噴射された燃料は改質された低沸点成分を多く含むものであるので、燃料の燃焼性が向上する。また、燃焼に寄与しない高沸点成分の未蒸発の燃料が吸気管や燃焼室の壁面に付着することを防止できる。
【００３６】
また、冷間始動時においては、改質された沸点４５゜Ｃ以下の低沸点成分の燃料をエンジン２に供給することにより、−２０゜Ｃまで理論空燃比で始動可能となる。その際、始動から暖機運転中までエンジン２から排出されるＨＣを８０％以上低減できる。
【００３７】
また、加速時などの高負荷運転時においては、炭素数４以下に改質された燃料をエンジン２に供給することにより、燃料のオクタン価が向上する。これにより、ノッキングが抑制され、エンジンの信頼性が向上する。また、エンジン出力及び燃費の向上が図れる。
【００３８】
更に、オクタン価の低い燃料を使用した場合でも、高圧縮比エンジンを駆動できるので、パーシャル運転域での燃費向上が図れ、低価格燃料使用による走行燃料費の低減が図れる。
【００３９】
以上のように、本実施形態に係る燃料供給装置１によれば、超臨界状態となった燃料を改質触媒９に接触させることにより、燃料を迅速かつ高収率で高沸点成分（重質成分）から低沸点成分（軽質成分）に転化して燃料を改質することができる。このため、超臨界状態となり改質された燃料をエンジン２に供給でき、燃料の燃焼性を向上させることができる。従って、冷間始動時におけるエミッションの低減が図れ、高負荷運転時におけるノッキングを抑制できる。
（第二実施形態）
次に第二実施形態に係る燃料供給装置について説明する。
【００４０】
図２は、本実施形態に係る燃料供給装置の構成概要図である。本図に示すように、本実施形態に係る燃料供給装置１ａは、超臨界状態となり改質された燃料をエンジン２に供給する第一供給路４ａと、非超臨界状態である燃料をエンジン２に供給する第二供給路４ｂとの二つの燃料供給路を備えたものである。
【００４１】
第一供給路４ａには、上流側からポンプ５ａ、超臨界状態室７、インジェクタ１０が順次設けられている。第二供給路４ｂには、上流側からポンプ５ｂ、デリバリパイプ１１、インジェクタ１２が設けられている。ポンプ５ａは、上述したポンプ５と同様な加圧機能を有するものであり、燃料を３〜５ＭＰａに加圧できるものが用いられる。
【００４２】
ポンプ５ｂは、ポンプ５ａより低圧タイプのものが用いられ、例えば燃料を０．３〜０．５ＭＰａに加圧するものが用いられる。ポンプ５ｂにより加圧された燃料は、デリバリパイプ１１を通じてインジェクタ１２に送られエンジン２に噴射される。例えば、インジェクタ１２は筒内噴射用として用いられ、インジェクタ１０はポート噴射用として用いられる。
【００４３】
このような燃料供給装置１ａによれば、第一供給路４ａを通じて、ポンプ５ａにより燃料を加圧しヒータ８により燃料を加熱して超臨界状態としつつ、改質触媒９により燃料の改質を促進し、改質された燃料をエンジン２に供給することができる。一方、第二供給路４ｂを通じて非超臨界状態である通常の燃料をエンジン２に供給することができる。
【００４４】
そして、エンジン２の駆動状態に応じて第一供給路４ａ及び第二供給路４ｂの一方を選択し、第一供給路４ａ又は第二供給路４ｂを通じて燃料をエンジン２に供給することにより、必要に応じて改質された燃料をエンジン２に供給することが可能となる。
【００４５】
例えば、エンジン２の冷間始動時や高負荷運転時に第一供給路４ａを通じて超臨界状態で改質された燃料を供給することにより、燃料の燃焼性を向上でき、エミッションを低減し、ノッキングを抑制できる。一方、エンジン２の冷間始動時及び高負荷運転時以外の時に第二供給路４ｂを通じて非超臨界状態の通常の燃料を供給することにより、超臨界状態を生成するためのポンプ５ａやヒータ８の作動を停止させることができ、駆動損失の低減が図れ、燃費の向上が図れる。
（第三実施形態）
次に第三実施形態に係る燃料供給装置について説明する。
【００４６】
図３は、本実施形態に係る燃料供給装置の構成概要図である。本図に示すように、本実施形態に係る燃料供給装置１ｂは、図１の燃料供給装置１とほぼ同様な構成を有するものであり、超臨界状態室７内において改質触媒９に代え、燃料分離器２０を設置したものである。
【００４７】
燃料分離器２０は、超臨界状態の燃料の通過を許容し非超臨界状態の燃料の通過を防止して超臨界状態の燃料と非超臨界状態の燃料とを分離する分離手段である。この燃料分離器２０としては、例えば小さな孔を複数形成した板状体、多孔質体、金属繊維やセラミック繊維を網状にして積層したもの、細いスリットを形成した板体又はこれらの複合体などが用いられる。
【００４８】
燃料分離器２０は、例えば超臨界状態室７の出口近傍に一体に設けられる。図３では超臨界状態室７内に設置されているが、この超臨界状態室７外に設置してもよい。この場合は温度圧力が低下しないようにする必要がある。
【００４９】
次に本実施形態に係る燃料供給装置１ｂの動作について説明する。
【００５０】
図３において、ＥＣＵ６からポンプ５に作動信号が出力され、ポンプ５が駆動する。このポンプ５の駆動により、燃料タンク３から液体状の燃料が吸い上げられ燃料供給路４の上流側に向けて流通する。そして、燃料は、超臨界状態室７に圧送される。このとき、燃料は、ポンプ５の駆動によって所定の圧力に加圧される。その際、燃料の圧力が３〜５ＭＰａになるように加圧することが望ましい。
【００５１】
一方、ＥＣＵ６からヒータ８に作動信号が出力され、ヒータ８が発熱する。これにより、超臨界状態室７が所定の温度に加熱される。その際、超臨界状態室７内の燃料の温度が２００゜Ｃとなるように加熱することが望ましく、２００±１０゜Ｃに温度維持することが望ましい。
【００５２】
このように加熱することにより、燃料の低沸点成分のみを超臨界状態とすることができる。例えば、燃料タンク３に貯留される燃料がプロパン、ペンタン、ヘキサン、ベンゼン、トルエンを含むものである場合、臨界温度が低く低沸点成分であるプロパン、ペンタンのみを超臨界状態とすることが可能となる。
【００５３】
そして、ポンプ５の加圧及びヒータ８の加熱により、燃料の低沸点成分のみが超臨界状態となる。一方、燃料のうち高沸点成分は超臨界状態とならず非臨界状態のままとなる。
【００５４】
ここで、超臨界状態の液体は、粘性度が通常の気体程度であり通常の液体に対し非常に小さい。また、超臨界状態の液体は、拡散係数が通常の気体と通常の液体との中間程度の特性を有する。このため、超臨界状態の燃料成分は、通常の液体状態の場合に比べ、狭い通路を通過しやすい性質となる。
【００５５】
これにより、超臨界状態の燃料である低沸点成分は燃料分離器２０を通過し、インジェクタ１０に向けて流通していく。一方、非超臨界状態の燃料である高沸点成分は燃料分離器２０を通過できず、インジェクタ１０側へ向けて流通することが防止される。
【００５６】
そして、超臨界状態の低沸点成分の燃料は、インジェクタ１０からエンジン２に噴射される。エンジン２に噴射された燃料は低沸点成分を多く含むものであるので、燃料の燃焼性が向上する。また、燃焼に寄与しない高沸点成分の未蒸発の燃料が吸気管や燃焼室の壁面に付着することを防止できる。
【００５７】
また、冷間始動時においては、改質された沸点４５゜Ｃ以下の低沸点成分の燃料をエンジン２に供給することにより、−２０゜Ｃまで理論空燃比で始動可能となる。その際、始動から暖機運転中までエンジン２から排出されるＨＣを８０％以上低減できる。
【００５８】
また、加速時などの高負荷運転時においては、炭素数４以下に改質された燃料をエンジン２に供給することにより、燃料のオクタン価が向上する。これにより、ノッキングが抑制され、エンジンの信頼性が向上する。また、エンジン出力及び燃費の向上が図れる。
【００５９】
更に、オクタン価の低い燃料を使用した場合でも、高圧縮比エンジンを駆動できるので、パーシャル運転域での燃費向上が図れ、低価格燃料使用による走行燃料費の低減が図れる。
【００６０】
以上のように、本実施形態に係る燃料供給装置１ｂによれば、超臨界状態となった燃料を非臨界状態の燃料と分離することにより、低沸点成分（軽質成分）の燃料のみをエンジン２に供給でき、燃料の燃焼性を向上させることができる。従って、冷間始動時におけるエミッションの低減が図れ、高負荷運転時におけるノッキングを抑制できる。
【００６１】
なお、上述した実施形態に係る燃料供給装置１ｂでは、一つの燃料供給路４により燃料の供給を行う場合について説明したが、図４に示すように、第一供給路４ａ、第二供給路４ｂを通じ、いずれか一方を選択して燃料供給するものであってもよい。
【００６２】
この場合、第二実施形態係る燃料供給装置１ａと同様に、第一供給路４ａ又は第二供給路４ｂを通じ、必要に応じて低沸点成分の燃料をエンジン２に供給することが可能となる。例えば、エンジン２の冷間始動時や高負荷運転時に第一供給路４ａを通じて低沸点成分の燃料を供給することにより、燃料の燃焼性を向上でき、エミッションを低減し、ノッキングを抑制できる。一方、エンジン２の冷間始動時及び高負荷運転時以外の時に第二供給路４ｂを通じて非超臨界状態の通常の燃料を供給することにより、超臨界状態を生成するためのポンプ５ａやヒータ８の作動を停止させることができ、駆動損失の低減が図れ、燃費の向上が図れる。
（第四実施形態）
次に第四実施形態に係る燃料供給装置について説明する。
【００６３】
図５は、本実施形態に係る燃料供給装置の構成概要図である。本図に示すように、本実施形態に係る燃料供給装置１ｄは、図１の燃料供給装置１とほぼ同様な構成を有するものであり、超臨界状態室７内において改質触媒９に加え、燃料分離器２０を設置したものである。改質触媒９は、第一実施形態で説明したものと同様なものが用いられる。また、燃料分離器２０は、第三実施形態で説明したものと同様なものが用いられる。
【００６４】
このような燃料供給装置１ｄによれば、図５において、ポンプ５の駆動により、燃料タンク３から液体状の燃料が吸い上げられ燃料供給路４の上流側に向けて流通する。そして、燃料は、超臨界状態室７に圧送される。このとき、燃料は、ポンプ５の駆動によって所定の圧力に加圧される。その際、燃料の圧力が３〜５ＭＰａになるように加圧することが望ましい。
【００６５】
一方、ヒータ８の発熱により、超臨界状態室７が所定の温度に加熱される。その際、超臨界状態室７内の燃料の温度が２５０〜３５０゜Ｃとなるように加熱することが望ましい。このようなポンプ５の加圧及びヒータ８の加熱により、燃料が超臨界状態となる。そして、燃料は超臨界状態室７内で改質触媒９に接触する。これにより、燃料は、迅速かつ高収率で高沸点成分（重質成分）から低沸点成分（軽質成分）に転化して改質される。
【００６６】
そして、超臨界状態となり改質された燃料は、燃料分離器２０を通過して超臨界状態室７からインジェクタ１０に向けて流通する。一方、超臨界状態室７にて、超臨界状態にならなかった非超臨界状態の燃料は、燃料分離器２０を通過できず、インジェクタ１０側へ向けて流通することが防止される。
【００６７】
そして、超臨界状態の低沸点成分の燃料は、インジェクタ１０からエンジン２に噴射される。エンジン２に噴射された燃料は低沸点成分を多く含むものであるので、燃料の燃焼性が向上する。また、燃焼に寄与しない高沸点成分の未蒸発の燃料が吸気管や燃焼室の壁面に付着することを防止できる。
【００６８】
また、冷間始動時においては、改質された沸点４５゜Ｃ以下の低沸点成分の燃料をエンジン２に供給することにより、−２０゜Ｃまで理論空燃比で始動可能となる。その際、始動から暖機運転中までエンジン２から排出されるＨＣを８０％以上低減できる。
【００６９】
また、加速時などの高負荷運転時においては、炭素数４以下に改質された燃料をエンジン２に供給することにより、燃料のオクタン価が向上する。これにより、ノッキングが抑制され、エンジンの信頼性が向上する。また、エンジン出力及び燃費の向上が図れる。
【００７０】
更に、オクタン価の低い燃料を使用した場合でも、高圧縮比エンジンを駆動できるので、パーシャル運転域での燃費向上が図れ、低価格燃料使用による走行燃料費の低減が図れる。
【００７１】
以上のように、本実施形態に係る燃料供給装置１ｄによれば、超臨界状態となった燃料を改質触媒９に接触させることにより、燃料を迅速かつ高収率で高沸点成分（重質成分）から低沸点成分（軽質成分）に転化して燃料を改質することができる。また、燃料分離器２０により超臨界状態とならなかった燃料がエンジン２に供給されることを防止できる。このため、改質された低沸点成分の燃料を高濃度でエンジン２に供給でき、燃料の燃焼性を向上させることができる。従って、冷間始動時におけるエミッションの低減が図れ、高負荷運転時におけるノッキングを抑制できる。
【００７２】
なお、上述した実施形態に係る燃料供給装置１ｄでは、一つの燃料供給路４により燃料の供給を行う場合について説明したが、図６に示すように、第一供給路４ａ、第二供給路４ｂを通じ、いずれか一方を選択して燃料供給するものであってもよい。
【００７３】
この場合、第二実施形態係る燃料供給装置１ａと同様に、第一供給路４ａ又は第二供給路４ｂを通じ、必要に応じて低沸点成分の燃料をエンジン２に供給することが可能となる。例えば、エンジン２の冷間始動時や高負荷運転時に第一供給路４ａを通じて低沸点成分の燃料を供給することにより、燃料の燃焼性を向上でき、エミッションを低減し、ノッキングを抑制できる。一方、エンジン２の冷間始動時及び高負荷運転時以外の時に第二供給路４ｂを通じて非超臨界状態の通常の燃料を供給することにより、超臨界状態を生成するためのポンプ５ａやヒータ８の作動を停止させることができ、駆動損失の低減が図れ、燃費の向上が図れる。
（第五実施形態）
次に第五実施形態に係る燃料供給装置について説明する。
【００７４】
図７は、本実施形態に係る燃料供給装置の構成概要図である。本図に示すように、本実施形態に係る燃料供給装置１ｆは、図３の燃料供給装置１ｂとほぼ同様な構成を有するものであるが、超臨界状態にならなかった燃料を燃料供給路４の上流側に戻すリターン路３０を設けた点で異なっている。
【００７５】
リターン路３０は、超臨界状態室７の燃料分離器２０の上流側と燃料供給路４のポンプ５の上流側を連通している。このため、リターン路３０により、燃料分離器２０を通過できない非超臨界状態の燃料を超臨界状態生成手段として機能するポンプ５の上流側へ戻すことができる。
【００７６】
リターン路３０の途中には、ポンプ５側から超臨界状態室７側への流れを防止するチェック弁３１が設けられている。また、リターン路３０の途中には、ポンプ５側へ戻される燃料を冷却する冷却器３２が設けられている。また、燃料供給路４のポンプ５の下流側には、超臨界状態室７側からポンプ５側への流れを防止するチェック弁３３が設けられている。ポンプ５、チェック弁３１、チェック弁３３の圧力関係は、ポンプ５＞チェック弁３１≧チェック弁３３とされる。
【００７７】
次に本実施形態に係る燃料供給装置１ｆの動作について説明する。
【００７８】
図７において、ポンプ５の駆動により燃料タンク３から液体状の燃料が吸い上げられ燃料供給路４の上流側に向けて流通する。そして、燃料は、超臨界状態室７に圧送される。このとき、燃料は、ポンプ５の駆動によって所定の圧力に加圧される。その際、燃料の圧力が３〜５ＭＰａになるように加圧することが望ましい。
【００７９】
一方、ヒータ８の発熱により、超臨界状態室７が所定の温度に加熱される。その際、超臨界状態室７内の燃料の温度が２００゜Ｃとなるように加熱することが望ましく、２００±１０゜Ｃに温度維持することが望ましい。このように加熱することにより、燃料の低沸点成分のみを超臨界状態とすることができる。例えば、燃料タンク３に貯留される燃料がプロパン、ペンタン、ヘキサン、ベンゼン、トルエンを含むものである場合、臨界温度が低く低沸点成分であるプロパン、ペンタンのみを超臨界状態とすることが可能となる。
【００８０】
そして、ポンプ５の加圧及びヒータ８の加熱により、燃料の低沸点成分のみが超臨界状態となる。一方、燃料のうち高沸点成分は超臨界状態とならず非臨界状態のままとなる。
【００８１】
超臨界状態となった低沸点成分の燃料は、燃料分離器２０を通過し、インジェクタ１０に向けて流通していく。そして、超臨界状態の低沸点成分の燃料は、インジェクタ１０からエンジン２に噴射される。エンジン２に噴射された燃料は低沸点成分を多く含むものであるので、燃料の燃焼性が向上する。また、燃焼に寄与しない高沸点成分の未蒸発の燃料が吸気管や燃焼室の壁面に付着することを防止できる。
【００８２】
また、冷間始動時においては、改質された沸点４５゜Ｃ以下の低沸点成分の燃料をエンジン２に供給することにより、−２０゜Ｃまで理論空燃比で始動可能となる。その際、始動から暖機運転中までエンジン２から排出されるＨＣを８０％以上低減できる。また、加速時などの高負荷運転時においては、炭素数４以下に改質された燃料をエンジン２に供給することにより、燃料のオクタン価が向上する。これにより、ノッキングが抑制され、エンジンの信頼性が向上する。また、エンジン出力及び燃費の向上が図れる。更に、オクタン価の低い燃料を使用した場合でも、高圧縮比エンジンを駆動できるので、パーシャル運転域での燃費向上が図れ、低価格燃料使用による走行燃料費の低減が図れる。
【００８３】
一方、超臨界状態室７にて超臨界状態にならなかった非超臨界状態の燃料は、燃料分離器２０を通過できず、インジェクタ１０側へ向けて流通することが防止される。この非超臨界状態の燃料は、リターン路３０を通じて燃料タンク３側へ戻される。その際、冷却器３２により冷却され、高温状態から常温状態又は常温に近い温度状態となる。
【００８４】
以上のように、本実施形態に係る燃料供給装置１ｆによれば、燃料の燃焼性の向上という効果に加え、超臨界状態とならなかった燃料を燃料タンク３側へ戻せるため、超臨界状態とならなかった燃料が超臨界状態室７内に溜まることを防止できる。このため、連続的に超臨界状態の燃料を生成し、そのような燃料のエンジン２への連続供給が円滑に行える。
【００８５】
また、リターン路３０により戻される燃料を冷却器３２で冷却することにより、ベパーロックや蒸発燃料の発生を抑制できる。
（第六実施形態）
次に第六実施形態に係る燃料供給装置について説明する。
【００８６】
図８は、本実施形態に係る燃料供給装置の構成概要図である。本図に示すように、本実施形態に係る燃料供給装置１ｇは、図７の燃料供給装置１ｆとほぼ同様な構成を有するものであるが、燃料タンク３から超臨界状態室７を介さずエンジン２に燃料を供給するバイパス供給路４０が設けられている点で異なっている。
【００８７】
図８に示すように、ポンプ５の下流側とデリバリパイプ１１との間にバイパス供給路４０が設けられている。バイパス供給路４０の途中には、開閉自在な電磁弁４１が設けられている。電磁弁４１は、ＥＣＵ６の作動信号を受けて開閉制御されている。また、デリバリパイプ１１には、燃料の圧力を検出する燃圧センサ１３が取り付けられている。燃圧センサ１３の検出信号は、ＥＣＵ６に入力される。
【００８８】
また、燃料供給路４における超臨界状態室７とデリバリパイプ１１との間には、デリバリパイプ１１側から超臨界状態室７への逆流を防止するチェック弁４２が設けられている。
【００８９】
このような燃料供給装置１ｇによれば、冷間始動時には、ポンプ５の加圧及びヒータ８の加熱により超臨界状態室７にて燃料を超臨界状態とし、燃料供給路４を通じて低沸点成分の燃料をエンジン２に供給する。
【００９０】
その際、エンジン２の吸入空気量、スロットル開度、燃圧の状態などに基づき、燃料噴射量の不足が予想されるときには、電磁弁４１を開いて、バイパス供給路４０を通じて燃料をエンジン２に供給する。これにより、燃料供給不足を防止することができる。
【００９１】
一方、暖機後には、電磁弁４１を開いて、バイパス供給路４０を通じて燃料をエンジン２に供給する。その際、ヒータ８の通電を停止する。これにより、駆動損失の低減が図れ、燃費向上が図れる。
【００９２】
なお、図８では、バイパス供給路４０をポンプ５の下流側とデリバリパイプ１１との間に設けているが、ポンプ５の上流側とデリバリパイプ１１との間に設けてもよい。
【００９３】
また、本実施形態では、図７の燃料供給装置１ｆにバイパス供給路４０を増設したものについて説明したが、図１、３、５の燃料供給装置に対しバイパス供給路４０を増設したものであってもよい。これらの場合も、本実施形態に係る燃料供給装置１ｇと同様に燃料供給不足の防止などの作用効果が得られる。
（第七実施形態）
次に第七実施形態に係る燃料供給装置について説明する。
【００９４】
図９は、本実施形態に係る燃料供給装置の構成概要図である。本図に示すように、本実施形態に係る燃料供給装置１ｈは、図８の燃料供給装置１ｇとほぼ同様な構成を有するものであるが、燃料供給路４の途中に超臨界状態室７で生成された低沸点成分の燃料を貯留する貯留タンク５０を設けた点で異なっている。
【００９５】
図９に示すように、燃料供給路４における超臨界状態室７とデリバリパイプ１１の間には貯留タンク５０が設けられている。貯留タンク５０は、蓄圧容器により構成され、電磁弁５１の開くことに燃料の収容及び排出が可能となっている。
【００９６】
また、燃料供給路４における超臨界状態室７とデリバリパイプ１１の間には、貯留タンク５０から超臨界状態室７への逆流を防止するチェック弁５２が設けられている。
【００９７】
このような燃料供給装置１ｈによれば、電磁弁５１を開くことにより、超臨界状態室７にて生成した低沸点成分の燃料を貯留タンク５０に収容することができる。そして、電磁弁５１を閉じることにより、貯留タンク５０に低沸点成分の燃料を貯留しておくことができる。
【００９８】
そして、冷間始動時において、電磁弁５１を開くことにより、揮発性のよい低沸点成分の燃料を貯留タンク５０からエンジン２に直ちに供給することができる。これにより、エンジン始動性の向上、ドライビリィティの向上及びエミッションの低減を図ることができる。
【００９９】
貯留タンク５０への低沸点成分の燃料の収容は、冷間始動時における超臨界状態の燃料生成時に行ってもよいし、暖機後における超臨界状態の燃料生成時に行ってもよい。
【０１００】
なお、本実施形態では、図８の燃料供給装置１ｇに貯留タンク５０を設けた場合について説明したが、図１〜７の燃料供給装置に貯留タンク５０を設けた場合でもよい。これらの場合も、本実施形態に係る燃料供給装置１ｈと同様に、冷間始動時において、揮発性のよい低沸点成分の燃料を貯留タンク５０からエンジン２に直ちに供給することによって、エンジン始動性の向上、ドライビリィティの向上及びエミッションの低減が図れる。
（第八実施形態）
次に第八実施形態に係る燃料供給装置について説明する。
【０１０１】
図１０は、本実施形態に係る燃料供給装置の構成概要図である。本図に示すように、本実施形態に係る燃料供給装置１ｉは、図３の燃料供給装置１ｂとほぼ同様な構成を有するものであるが、燃料の超臨界状態の生成が正常に行われているか否かを検出する検出手段を設けた点で異なっている。
【０１０２】
図１０に示すように、超臨界状態室７には温度センサ６１が設けられている。温度センサ６１は、超臨界状態とされる燃料の温度を計測する温度計測手段である。また、超臨界状態室７の下流位置には、圧力センサ６２が設けられている。圧力センサ６２は、超臨界状態とされる燃料の圧力を計測する圧力計測手段である。
【０１０３】
次に本実施形態に係る燃料供給装置における異常検出について説明する。
【０１０４】
図１１は、本実施形態に係る燃料供給装置における異常検出処理のフローチャートである。本図のＳ１０に示すように、燃料の温度が読み込まれる。この燃料の温度の読み込みは、温度センサ６１の検出信号に基づいて行われる。そして、燃料の温度が所定の温度範囲内であるか否かが判断される（Ｓ１２）。
【０１０５】
所定の温度範囲は、予めＥＣＵ６に設定され、例えば２００±１００゜Ｃに設定される。Ｓ１２にて所定の温度範囲内でないと判断されたときには、Ｓ１４に移行し、異常報知処理が行われる。異常報知処理は、燃料が正常に超臨界状態になっていないことを報知する処理であり、例えば異常表示や異常音の発生などにより行われる。
【０１０６】
一方、Ｓ１２にて所定の温度範囲内であると判断されたときには、Ｓ１６に移行し、燃料の圧力が読み込まれる。この燃料の圧力の読み込みは、圧力センサ６２の検出信号に基づいて行われる。そして、燃料の圧力が所定の圧力範囲内であるか否かが判断される（Ｓ１８）。
【０１０７】
所定の温度範囲は、予めＥＣＵ６に設定され、例えば１〜７ＭＰａに設定される。Ｓ１８にて所定の温度範囲内でないと判断されたときには、Ｓ１４に移行し、異常報知処理が行われる。一方、Ｓ１８にて所定の圧力範囲内であると判断されたときには、制御処理を終了する。
【０１０８】
以上のように、本実施形態に係る燃料供給装置１ｉによれば、超臨界状態とされる燃料の温度及び圧力を計測することにより、燃料が正常に超臨界状態となっているか否かを判別することができる。従って、装置の異常検出が行える。
【０１０９】
なお、本実施形態では、図３の燃料供給装置１ｂに温度センサ６１及び圧力センサ６２を設けて燃料の超臨界状態の生成が正常に行われているか否かを検出するものについて説明したが、図１、２、４〜９の燃料供給装置に温度センサ６１及び圧力センサ６２を設け、同様にして燃料の超臨界状態の生成が正常に行われているか否かを検出するものであってもよい。更に、超臨界状態室７内に改質触媒９や燃料分離器２０を設置しない燃料供給装置に温度センサ６１及び圧力センサ６２を設けて適用してもよい。
【０１１０】
また、図１２に示すように、超臨界状態室７には粘度センサ６３を設け、超臨界状態とされる燃料の粘度を計測し、その粘度の状態に応じて燃料の超臨界状態の生成が正常に行われているか否かを検出するものであってもよい。この場合、粘度センサ６３としては、燃料の粘度を計測できるものであればよく、例えば細管粘度計、回転粘度計、落体粘度計、振動粘度計などが用いられる。燃料の粘度が予め設定される粘度以上であるときには異常として報知処理を行う。このような燃料供給装置であっても、上述した燃料供給装置１ｉと同様に、燃料が正常に超臨界状態となっているか否かを判別することができ、装置の異常検出が行える。
（第九実施形態）
次に第九実施形態に係る燃料供給装置について説明する。
【０１１１】
図１３は、本実施形態に係る燃料供給装置の構成概要図である。本図に示すように、燃料供給路４には、上流側から電磁弁７１、チェック弁７２が順次設けられている。デリバリパイプ１１と電磁弁７１の上流側との間には、リターン路７３が設けられている。リターン路７３には電磁弁７４が設けられている。電磁弁７２の下流位置には、分岐路８０を介して容器８１が接続されている。分岐路８０には、電磁弁８２、ポンプ８３が設けられている。
【０１１２】
容器８１は、低沸点成分の燃料を収容可能とした容器であり、燃料供給装置１ｋに対し着脱自在とするカートリッジタイプのものが用いられる。このため、容器８１を取り外して低沸点成分の燃料を補充することが可能である。
【０１１３】
なお、電磁弁７１、７４、８２及びポンプ８３などは図示しないＥＣＵにより作動制御されている。
【０１１４】
次に本実施形態に係る燃料供給装置１ｋの動作について説明する。
【０１１５】
図１３において、冷間始動時では、電磁弁７１を閉じ、電磁弁８２及び７４を開いた状態でポンプ８３を駆動させる。これにより、容器８１に収容される低沸点成分の燃料が分岐路８０を通じてデリバリパイプ１１に向けて圧送される。このため、低沸点成分の燃料を直ちにエンジン２に供給することができる。従って、エンジン始動性の向上、ドライビリィティの向上及びエミッションの低減を図ることができる。
【０１１６】
一方、冷間始動時以外の時には、電磁弁８２、７４を閉じ、電磁弁７１を開いた状態で燃料タンク３内の燃料ポンプ９０を作動させることにより通常の燃料を燃料供給路４を通じてエンジン２に供給することができる。
【０１１７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、燃料の燃焼性の向上が図れる燃料供給装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施形態に係る燃料供給装置の構成概要図である。
【図２】第二実施形態に係る燃料供給装置の構成概要図である。
【図３】第三実施形態に係る燃料供給装置の構成概要図である。
【図４】第三実施形態に係る燃料供給装置の変形例の説明図である。
【図５】第四実施形態に係る燃料供給装置の構成概要図である。
【図６】第四実施形態に係る燃料供給装置の変形例の説明図である。
【図７】第五実施形態に係る燃料供給装置の構成概要図である。
【図８】第六実施形態に係る燃料供給装置の構成概要図である。
【図９】第七実施形態に係る燃料供給装置の構成概要図である。
【図１０】第八実施形態に係る燃料供給装置の構成概要図である。
【図１１】図１０の燃料供給装置における異常検出処理のフローチャートである。
【図１２】第八実施形態に係る燃料供給装置の変形例の説明図である。
【図１３】第九実施形態に係る燃料供給装置の構成概要図である。
【符号の説明】
１…燃料供給装置、２…エンジン、３…燃料タンク、４…燃料供給路、５…ポンプ、６…ＥＣＵ、７…超臨界状態室、８…ヒータ、９…改質触媒。

Claims (6)

1. 内燃機関に燃料を供給する燃料供給装置において、
   前記燃料を加圧及び加熱により超臨界状態とする超臨界状態生成手段と、
   超臨界状態となった燃料と非超臨界状態の燃料とを分離する分離手段とを備え、
   前記超臨界状態となった燃料を前記内燃機関に供給すること、
   を特徴とする燃料供給装置。
2. 前記分離手段は、前記超臨界状態生成手段として超臨界状態を生成する超臨界状態室の内部に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料供給装置。
3. 前記超臨界状態生成手段と前記内燃機関との間に設けられ、超臨界状態となった燃料を貯留する貯留手段を備え、
   前記貯留手段に貯留される燃料を前記内燃機関に供給可能としたこと、
   を特徴とする請求項１又は２に記載の燃料供給装置。
4. 前記超臨界状態生成手段により超臨界状態とされる燃料の温度を計測する温度計測手段と、
   前記超臨界状態生成手段により超臨界状態とされる燃料の圧力を計測する圧力計測手段と、
   前記燃料の温度が所定の温度範囲内でなく又は前記燃料の圧力が所定の圧力範囲内でないときに、装置異常を報知する報知手段と、
   を備えたことを特徴とする請求項１又は２の記載の燃料供給装置。
5. 前記超臨界状態生成手段により加圧及び加熱された燃料の粘性を計測する粘性計測手段と、
   前記粘性計測手段により計測された粘性値が所定の粘性値以上であるときに、装置異常を報知する報知手段と、
   を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料供給装置。
6. 超臨界状態となった燃料の改質を行う改質触媒を備え、
   前記分離手段は、前記改質触媒により改質された燃料を分離すること、
   を特徴とする請求項１に記載の燃料供給装置。

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