JP5547708B2 - 燃料供給装置 - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関に対して燃料を供給する装置に関する。
分離器により原燃料を高オクタン価燃料及び低オクタン価燃料のそれぞれに分離させ、当該分離後の燃料を選択的に内燃機関に供給する手法が提案されている(特許文献1及び2参照)。分離器のハウジングは分離膜により2つの区画に区分され、燃料分離に際して当該2つの区画のうち一方が真空ポンプにより減圧される。
特開2007−278298号公報 特開2009−203909号公報
しかし、分離器の一方の区画が画一的に減圧されるだけでは、高オクタン価燃料の回収効率が低下する可能性がある。
そこで、本発明は、高オクタン価燃料の回収効率の向上の観点から、分離器の作動条件を適当に制御しうる燃料供給装置を提供することを課題とする。
本発明は、原燃料から分離される、高オクタン価成分が当該原燃料よりも多く含有されている第1燃料と、低オクタン価成分が当該原燃料よりも多く含有されている第2燃料又は前記原燃料とを、選択的に又は指定混合比で同時に内燃機関に対して供給する装置に関する。
前記課題を解決するための本発明の燃料供給装置は、分離膜を介して高圧室と低圧室とに区分され、前記低圧室が前記高圧室よりも低圧に維持されている状態で、前記原燃料が前記分離膜により前記第1燃料と前記第2燃料とに分離され、前記第1燃料が前記低圧室側から回収され、前記第2燃料が前記高圧室側から回収されるように構成されている分離器と、前記分離器の前記低圧側区画に接続されている凝縮器と、前記凝縮器に接続され、前記第1燃料を貯蔵するように構成されている第1燃料タンクと、前記凝縮器の内部気圧を調節するように構成されている気圧調節機構と、前記気圧調節機構の動作を制御することにより、前記凝縮器が前記分離器及び前記第1燃料タンクから遮断されている1次状態において、前記凝縮器を減圧して第1負圧に低下させ、前記凝縮器の減圧を停止して、続いて前記凝縮器が前記分離器に連通している一方で前記第1燃料タンクから遮断されている2次状態において、前記凝縮器の内部気圧を第2負圧に上昇させた後、前記凝縮器が前記分離器から遮断されている一方で前記第1燃料タンクに連通している3次状態においても前記凝縮器の減圧を停止させる負圧制御処理を繰り返し実行するように構成されている制御装置と、を備え、前記制御装置が、前記原燃料の高オクタン価成分の濃度が低いほど、前記第1負圧と前記第2負圧との差が小さくなるように、前記第1負圧及び前記第2負圧のうち少なくとも一方を調節するように構成されていることを特徴とする。
本発明の燃料供給装置によれば、2次状態において分離器から凝縮器に気相状態の第1燃料(高オクタン価燃料)が流入し、凝縮器の内部気圧(負圧)が上昇していくにつれて、分離器による燃料分離効率が徐々に低下する傾向がある。この傾向は、原燃料の高オクタン価成分の濃度が低いほど顕著になる。
そこで、原燃料の高オクタン価成分の濃度が低いほど、2次状態における凝縮器の負圧範囲の幅、すなわち第1及び第2負圧の差が小さくなるように、第1及び第2負圧のうち少なくとも一方が調節される。これにより、負圧制御処理において凝縮器の内部気圧が第1負圧から第2負圧に上昇するまでの期間、すなわち2次状態が維持される期間が短縮される。
このため、分離器による燃料分離効率が低い蓋然性が高いにも関わらず、2次状態が無駄に長期間にわたって維持される事態が回避される。そして、当該期間が短縮された分だけ、負圧制御処理の繰り返し回数の増加、ひいては第1燃料の累計回収量の増加が図られる。このように、分離器の作動条件として、第1負圧及び第2負圧のうち少なくとも一方が、第1燃料の回収効率の向上の観点から適当に調節されうる。
本発明の燃料供給装置において、前記制御装置が、前記原燃料の高オクタン価成分の濃度が低いほど、前記第2負圧を低く調節するように構成されていることが好ましい。
当該構成の燃料供給装置によれば、原燃料に含まれている高オクタン価成分の濃度が低いほど、少なくとも第2負圧が低く調節される。これにより、2次状態における凝縮器の負圧範囲の幅が狭く、当該範囲の位置が低圧側に調節される。このため、分離機の燃料分離効率の観点から2次状態における凝縮器の負圧の低さが不十分になる事態が回避され、その結果として分離器による第1燃料の回収効率の向上が図られる。
本発明の燃料供給装置において、前記分離器により分離された前記第2燃料が、前記原燃料が貯蔵されている原燃料タンクに供給されるように構成されていることが好ましい。
当該構成の燃料供給装置によれば、分離器によって第1燃料と分離された第2燃料が、原燃料タンクに供給されるので、原燃料タンクに貯蔵されている原燃料の高オクタン価成分の濃度が変化する。これに応じて、前記のように分離器の作動条件として、第1負圧及び第2負圧のうち少なくとも一方が、第1燃料の回収効率の向上の観点から適応的に調節されうる。
前記制御装置が、前記第1燃料の高オクタン価成分の濃度及び前記原燃料の高オクタン価成分の濃度のうち少なくとも一方の時系列的な測定結果に基づいて推定される前記分離器の劣化度が高いほど、前記第1負圧と前記第2負圧との差が小さくなるように、前記第1負圧及び前記第2負圧のうち少なくとも一方を調節するように構成されていることが好ましい。
例えば、前記制御装置が、前記第1燃料の高オクタン価成分の濃度の測定結果に基づき、前記分離器が正常であるという仮定下で定まる未来の指定時点における前記第1燃料の高オクタン価成分の推定濃度と、前記第1燃料タンクに貯蔵されている前記第1燃料の高オクタン価成分の濃度の前記指定時点における測定結果との偏差が大きいほど、前記分離器の劣化度が高いという定義にしたがって、前記第1負圧及び前記第2負圧のうち少なくとも一方を調節するように構成されていてもよい。
また、前記制御装置が、前記原燃料の高オクタン価成分の濃度の時間変化率が低いほど前記分離器の劣化度が高いという定義にしたがって、前記第1負圧及び前記第2負圧のうち少なくとも一方を調節するように構成されていてもよい。
当該構成の燃料供給装置によれば、分離器の劣化が進行しており、高オクタン価成分が高い第1燃料の回収が困難である蓋然性が高い状況で、2次状態が維持される期間が短縮される。このため、2次状態が無駄に長期間にわたり維持されることが回避され、当該期間の短縮による負圧制御処理の繰り返し回数の増加が図られることによって第1燃料の回収効率の向上が図られる。
本発明の第1実施形態としての燃料供給装置の構成説明図。 燃料供給装置の機能説明図。 負圧制御処理における負圧範囲調節に関する説明図。 劣化補正処理に関する説明図。 負圧制御処理(第1実施形態)に関する説明図。 負圧制御系の開閉処理(第1実施形態)に関する説明図。 本発明の第2実施形態としての燃料供給装置の構成説明図。 負圧制御処理(第2実施形態)の手順を表わすフローチャート。 負圧制御系の開閉処理(第2実施形態)に関する説明図。
(第1実施形態)
(構成)図1に示されている本発明の第1実施形態としての燃料供給装置は、原燃料タンク10と、分離器20と、凝縮器30と、第1燃料タンク40と、キャニスタ50と、ECU(電子制御ユニット(制御装置))70とを備えている。燃料供給装置は車両に搭載され、同じく車両に搭載されている内燃機関60に対して燃料を供給するように構成されている。
原燃料タンク10には、給油口を通じて供給された通常又は市販のガソリンが原燃料F0として貯蔵される。原燃料タンク10に貯蔵されている原燃料F0は、高圧供給ポンプ12により指定気圧まで昇圧された後、内燃機関60に対して供給される。原燃料タンク10には原燃料F0の高オクタン価成分の濃度C2を測定するための濃度センサが設けられている。高オクタン価成分がエタノール等のアルコールである場合、例えば特開平05−080014号公報又は特開平06−027073号公報に記載されているセンサによって濃度センサが構成される。
また、原燃料F0は、高圧供給ポンプ12により指定気圧まで昇圧された後、加熱器16において加熱された後、分離器20に送り込まれる。三方バルブ14により、原燃料タンク10及び加熱器16が遮断された場合、原燃料F0は分離器20を経ずに、放熱器26を経て原燃料タンク10に戻される。加熱器16は、内燃機関60の冷却水と原燃料とを熱交換させる熱交換器により構成されている。加熱器16は、これに代えて又は加えて、電気ヒータにより構成されてもよい。
原燃料タンク10に貯蔵されている原燃料F0が蒸発することにより、炭化水素及びエタノールを含有する蒸発燃料Vが生じる。蒸発燃料Vは、原燃料タンク10からキャニスタ50に対して供給される。
分離器20は、原燃料F0を、透過気化法(PV(パーベーパレーション))にしたがって第1燃料F1と第2燃料F2とに分離するように構成されている。分離器20は、原燃料(ガソリン)中の高オクタン価成分を選択的に透過させる分離膜21と、分離膜21により区分されている高圧室22及び低圧室24とを備えている(図示略)。
第1燃料F1は、原料燃料F0よりも高オクタン価成分の含有量が多い高オクタン価燃料であり、例えばエタノール等のアルコールである。第2燃料F2は、原料燃料F0よりも高オクタン価成分の含有量が少ない低オクタン価燃料である。
具体的には、分離器20の高圧室22に対して高温かつ高圧状態の原燃料F0が供給される一方、低圧室24が負圧状態に維持されることにより、原料燃料F0に含有される高オクタン価成分が分離膜21を透過して低圧室24に浸出する。原燃料F0の高オクタン価成分量が増加すると、当該透過流体のオクタン価は高くなる。このため、分離膜21の低圧側から高オクタン価成分を多く含み、原燃料F0よりもオクタン価が高い第1燃料F1が回収されうる。
分離器20から流出した第1燃料F1は、第1燃料タンク40に貯蔵される。第1燃料タンク40には、第1燃料F1の高オクタン価成分の濃度C1を測定するための濃度センサが設けられている。
一方、高圧室22を流れる原燃料F0に含有される高オクタン価成分量は下流になる程低下するため、高オクタン価成分含有量の少ない、原燃料F0よりオクタン価の低い第2燃料F2が高圧室22に残る。分離器20から流出した第2燃料F2は、放熱器26において冷却された後、原燃料タンク10に対して供給される。
また、分離膜21の温度、原燃料F0の温度及び供給量、高圧室22の気圧並びに低圧室24の気圧(負圧)等の分離器20の作動条件が制御される。これにより、分離器20による第1燃料F1及び第2燃料F2の分離速度又は回収量などが変化する。
例えば、加熱器16により、分離器20に供給される原燃料F0の温度が制御されることにより、分離膜21の温度が調整されうる。さらに、真空ポンプ36の動作による凝縮器30の減圧によって低圧室24の気圧が調節されうる。
なお、原燃料タンク10とは別個の第2燃料タンク(図示略)に対して供給された上で、この第2燃料タンクに貯蔵されてもよい。また、第2燃料タンクに貯蔵されている第2燃料F2が、原燃料F0に代えて内燃機関60に対して供給されてもよい。
凝縮器(負圧タンク)30は、分離器20の低圧室24と第1燃料タンク40とを接続する回収経路の途中に設けられ、第1燃料F1を凝縮させるように構成されている。凝縮器30は、例えば空冷式又は水冷式のタンク又は貯留器により構成されている。
凝縮器30は真空ポンプ(負圧ポンプ)36の吸込側に接続されている。真空ポンプ36の動作により凝縮器30の内側が負圧状態に制御され、第1燃料F1の蒸気圧よりも低圧状態とされうる。第1燃料F1の蒸発により生じたエタノール等のアルコールを含有する蒸発燃料Vが、真空ポンプ36の動作により第1燃料タンク40等に供給される。凝縮器30には、その内部の気圧を測定するための気圧センサが設けられている。
分離器20と凝縮器30とを接続する1次回収経路には、当該経路を開閉する第1開閉機構31が設けられている。第1開閉機構31が開かれることにより分離器20の低圧室24と凝縮器30とが連通される一方、第1開閉機構31が閉じられることにより分離器20と凝縮器30とが遮断される。
凝縮器30と第1燃料タンク40とを接続する2次回収経路には、当該経路を開閉する第2開閉機構32が設けられている。第2開閉機構32が開かれることにより凝縮器30と第1燃料タンク40とが連通される一方、第2開閉機構32が閉じられることにより凝縮器30と第1燃料タンク40とが遮断される。
凝縮器30と第1燃料タンク40とが、2次回収経路とは別個の第1蒸発燃料経路により接続され、第1蒸発燃料経路には第3開閉機構33が設けられている。第3開閉機構33が開かれることにより、第1燃料タンク40に充満している蒸発燃料Vが凝縮器30に導入される。
凝縮器30と第1燃料タンク40とが、第1蒸発燃料経路とは別の第2蒸発燃料経路を通じて接続され、第2蒸発燃料経路には第4開閉機構34及び真空ポンプ36が設けられている。第4開閉機構34が開かれ、かつ、真空ポンプ36が動作することにより、蒸発燃料Vが凝縮器30から第1燃料タンク40に貯蔵されている第1燃料F1に導入される。4つの開閉機構31〜34及び真空ポンプ36が本発明の「気圧調節機構」を構成する。
第1燃料タンク40には、分離器20により原燃料F0から分離された第1燃料F1が貯蔵される。第1燃料タンク40に貯蔵されている第1燃料F1は、高圧供給ポンプ42により指定気圧まで昇圧された後、内燃機関60に対して供給される。
第1燃料タンク40に貯蔵されている第1燃料F1が蒸発することにより、エタノール等のアルコールを含有する蒸発燃料Vが生じる。第1燃料タンク40とキャニスタ50とが接続され、当該接続経路には第5開閉機構44が設けられている。第5開閉機構44が開放されることにより、蒸発燃料Vは第1燃料タンク40から当該接続経路を通じてキャニスタ50に対して供給される。
第1燃料タンク40には、その内部気圧を測定するための気圧センサ(図示略)が設けられている。
開閉機構31〜34及び44のそれぞれは、例えば電磁弁により構成される。
キャニスタ50には、活性炭などの吸着剤が内蔵されており、原燃料F0由来の蒸発燃料Vに含まれるアルコールのほか、炭化水素が当該吸着剤に吸着される。これにより、蒸発燃料Vは、アルコール及び炭化水素と、窒素等の他の成分とに分離されうる。
分離された窒素等を含有する空気は、キャニスタ50から車両の外部に排出される。一方、内燃機関60が稼動して吸気管61が負圧状態になると、キャニスタ50において吸着剤に吸着されているアルコール及び炭化水素は、スロットルバルブ613の下流側において吸気管61に供給され、さらに燃焼室に導入された上で燃焼する。キャニスタ50に接続されている吐出経路には、当該吐出経路における蒸発燃料Vの流量を調節するための流量調節バルブ52が設けられている。
キャニスタ50は、凝縮器30において発生する第1燃料F1の凝縮熱によって加熱され、その温度が蒸発燃料Vの吸着性能を十分に発揮しうる温度範囲に維持されるように構成されていてもよい。例えば、凝縮器30の冷却媒体によりキャニスタ50が加熱されるように当該媒体の流路が構成されていてもよい。
内燃機関60の燃焼室に接続されている吸気管61には、吸気バルブ611と、燃料噴射装置612と、スロットルバルブ613とが設けられている。吸気バルブ611が開かれることにより吸気管61と燃焼室とが連通される一方、吸気バルブ611が閉じられることにより吸気管61と燃焼室とが遮断される。スロットルバルブ613は、内燃機関60の吸入空気量を調整するように構成されている。
燃料噴射装置612は、吸気バルブ611とスロットルバルブ613との間に配置され、原燃料F0及び第1燃料F1のうち一方を選択的に、内燃機関60の各気筒に対して噴射するように構成されている。なお、燃料噴射装置612は、原燃料F0及び第1燃料F1の両方を指定混合比で同時に、内燃機関60の各気筒に対して噴射するように構成されていてもよい。吸気管61に吸入された空気と、燃料噴射装置612から噴射された燃料との混合ガスが吸気管61から各気筒の燃焼室に導入される。
第2燃料タンクが設けられている場合、燃料噴射装置612は、第1燃料F1及び第2燃料F2のうち一方を選択的に、又は、両方を指定混合比で同時に、内燃機関60の各気筒に対して噴射するように構成されていてもよい。
吸気管61には、スロットルバルブ613の上流側においてターボチャージャー65、ベンチュリガスミキサ651又はパージジェットポンプ652が設けられている。蒸発燃料Vは、キャニスタ50から、パージジェットポンプ652及びターボチャージャー65を経て吸気管61に対して供給されうる。
なお、内燃機関60はターボチャージャー65付きのエンジンではなく、自然吸気エンジンであってもよい。この場合、キャニスタ50から、蒸発燃料Vが、パージコントロールバルブ(図示略)を経て、スロットルバルブ613の下流側において吸気管61に対して供給されてもよい。
さらに、蒸発燃料Vが、ベンチュリガスミキサ651により凝縮器30から吸気管61に対して直接的に供給されてもよい。また、蒸発燃料Vが第1燃料タンク40から内燃機関60の吸気管61に対して直接的に供給されてもよい。
制御装置70は、プログラマブルコンピュータにより構成されている。制御装置70には、原燃料タンク10に設けられている濃度センサ、第1燃料タンク40に設けられている濃度センサ及び凝縮器30に設けられている気圧センサ等、燃料供給装置の状態を検知するための各種センサの出力信号が入力される。当該センサの出力信号及びこれに基づいて得られた演算処理結果は、制御装置70を構成する記憶装置に保存される。
制御装置70は「負圧制御処理」等を実行するようにプログラムされている。制御装置70は、内燃機関60の燃料噴射制御及び点火時期制御などのほか、分離器20の作動条件の調節、内燃機関60に対して供給される燃料の調節、各ポンプの動作制御及び各バルブの開閉又は開度調節などのために必要な演算処理を実行するようにプログラムされている。
「プログラムされている」とは、コンピュータの構成要素であるCPU等の演算処理装置が、ROM若しくはRAM等のメモリ又は記録媒体から必要な情報に加えてソフトウェアを読み出し、当該情報に対して当該ソフトウェアにしたがって演算処理を実行するように構成されていることを意味する。
(機能)前記構成の燃料供給装置の機能及び制御装置70により実行される制御処理内容について説明する。
原燃料タンク10に貯蔵されている原燃料F0の高オクタン価成分の濃度C2が測定され、当該測定濃度C2が低いほど、負圧制御処理に際して用いられる第1負圧P1(<P2<0)及び第2負圧P2の差が小さくなるように、第1負圧P1及び第2負圧P2のうち少なくとも一方が調節される。「負圧」は大気圧又は常圧を基準として負値として定義される。すなわち、大気圧よりも低圧であるほどその絶対値は大きくなる。
ここでは、第1負圧P1が固定されている一方、第2負圧P2が図3(a)に示されているように、原燃料F0の高オクタン価成分の濃度C2を変数とする不連続的な増加関数にしたがって調節される例について説明する。
具体的には、測定濃度C2が不等式(012)を満足しているか否かが判定される(図2/STEP012)。
(1+α2)C0≦C2, (0<C0、0<α2) ..(012)。
当該判定結果が肯定的である場合(図2/STEP012‥YES)、第2負圧P2が(1−β2)P1(0<β2<1)に設定される(図2/STEP022)。当該判定結果が否定的である場合(図2/STEP012‥NO)、測定濃度C2が不等式(014)を満足しているか否かが判定される(図2/STEP014)。
(1+α1)C0≦C2, (0<α12) ..(014)。
当該判定結果が肯定的である場合(図2/STEP014‥YES)、第2負圧P2が(1−β1)P1(0<β1<β2)に設定される(図2/STEP024)。当該判定結果が否定的である場合(図2/STEP014‥NO)、測定濃度C2が不等式(016)を満足しているか否かが判定される(図2/STEP016)。
C0≦C2 ..(016)。
当該判定結果が肯定的である場合(図2/STEP016‥YES)、負圧制御処理に際して用いられる第2負圧P2が(1−β0)P1(0<β0<β1)に設定される(図2/STEP026)。当該判定結果が否定的である場合(図2/STEP016‥NO)、第2負圧P2が調節されることなく、負圧制御処理の実行が禁止される。
前記処理により、原燃料F0の高オクタン価成分の濃度C2が低いほど、第2負圧P2が段階的に低くなるように設定される(図3(a)参照)。このほか、図3(b)に示されているように当該濃度C2が低いほど、第2負圧P2が連続的に低くなるように設定されてもよい。これにより、当該濃度C2が低いほど、負圧範囲[P1,P2]の幅が連続的又は不連続的に狭くなるように設定される。
なお、当該濃度C2が低いほど、負圧範囲[P1,P2]の幅が狭くなるように第2負圧P2に加えて第1負圧P1が調節されてもよい。例として、基準濃度C20に応じて第1基準負圧P10(<P20<0)及び第2基準負圧P20が定義されており、当該濃度C2が基準濃度C20よりも低い場合について考える。
この場合、当該濃度C2が基準濃度C20に一致する場合と比較して負圧範囲[P1,P2]の幅が狭くなるように、第2負圧P2が第2基準負圧P20よりもξΔP(0<ΔP、0<ξ<1)だけ低い値(P20−ξΔP)に調節され、第1負圧P1が第1基準負圧P10よりも(1−ξ)ΔPだけ高い値(P10+(1−ξ)ΔP)に調節されてもよい。この際、第1負圧P1の調節幅(1−ξ)ΔPよりも第2負圧P2の調節幅ξΔPが大きくなるように、ξが0.5より大きい値に設定されることが好ましい。
分離器20から回収された第2燃料F2が原燃料タンク10ではなく、これとは別個の第2燃料タンクに貯蔵される場合、原燃料F0の高オクタン価成分の濃度C2に応じた第2負圧P2の調整が一度実行された後、ユーザの選択に応じて又は自動的に当該調整が省略されてもよい。例えば、当該ユーザにより車両搭載機器又は携帯機器が所定態様で操作され、当該機器から制御装置70に対して当該選択の有無を表わす信号が送信されることにより、当該調整の省略要否が判定される。
(劣化補正処理)
前記のように第2負圧P2が設定された後、分離器20の推定状態に応じて第2負圧P2を適宜補正する劣化補正処理が実行される。
具体的には、ある時点tにおける第1燃料F1の高オクタン価成分の濃度の測定結果C1(t)等に基づき、分離器20が正常状態であるという仮定下で、未来の指定時点t+Δt(0<Δt)における第1燃料F1の高オクタン価成分の濃度C1_est(t+Δt)が推定される(図4/STEP302)。
第1燃料F1の貯蔵量V1及び高オクタン価成分の濃度C1、並びに原燃料F0の高オクタン価成分の濃度C2のそれぞれの、ある時点tにおける測定結果に基づき、例えば関係式(302)にしたがって当該推定濃度C1_est(t+Δt)が算定される。第1燃料F1の貯蔵量V1は、例えば第1燃料タンク40に設けられている貯蔵量センサの出力信号に基づいて測定される。貯蔵量センサは、例えば特開2008−267310号公報に記載されているセンサにより構成される。
C1_est(t+Δt)={C1(t)V1(t)+ηC2(t)×VΔt}/(V1(t)+VΔt) .. (302)。
「η」は正常状態における分離器20(又は分離膜21)の燃料分離性能を表わす指数である。これは、正常状態の分離器20により原燃料F0から回収される第1燃料F1の高オクタン価成分の濃度が「ηC2」で表わされることを意味している。指数ηの値は、原燃料F0の温度及び分離器20の温度等の燃料分離条件に応じて補正されてもよい。「V」は分離器20に対する単位時間当たりの原燃料F0の供給量であり、例えば原燃料タンク10と分離器20との接続経路に設けられた流量センサの出力信号に基づいて測定される。
なお、原燃料F0の貯蔵量V2の初期値V20からの減少量ΔV2と、原燃料F0の高オクタン価成分の濃度C2の初期値C20からの低下量ΔC2とに基づき、関係式(304)にしたがって、第1燃料F1の高オクタン価成分の推定濃度C1_est(t+Δt)が求められてもよい。原燃料F0の貯蔵量V2は、例えば原燃料タンク10に設けられている貯蔵量センサの出力信号に基づいて測定される。
C1_est(t+Δt)={V20C20-(V20-ΔV2)(C20-ΔC2)}/ΔV2 .. (304)。
原燃料F0の高オクタン価成分の濃度C2の変動量|C2(t)−C2(t+Δt)|が基準値ε0以上であるか否かが判定される(図4/STEP310)。当該判定結果が否定的である場合(図4/STEP310‥NO)、負圧制御処理の実行が禁止される。これは、分離器20が著しく劣化している蓋然性が高いためであり、この観点から基準値ε0が例えば微小な正値に設定されている。
当該変動量が基準値ε0以上であると判定された場合(図4/STEP310‥YES)、第1燃料F1の高オクタン価成分の濃度C1の、指定時点t+Δtにおける推定結果C1_est(t+Δt)と測定結果C1(t+Δt)との偏差が正値である第1閾値ε1以下であるか否かが判定される(図4/STEP312)。
当該判定結果が否定的である場合(図4/STEP312‥NO)、第2負圧P2が(1+γ1)P2(0<γ1)に補正される(図4/STEP322)。例えば、前記のように第2負圧P2が(1−β1)P1に調節されている場合、劣化補正処理によって第2負圧P2が(1+γ1)(1−β1)P1に調節される。また、第2負圧P2が(1−β2)P1に調節されている場合、劣化補正処理によって第2負圧P2が(1+γ1)(1−β2)P1に調節される。
当該偏差が第1閾値ε1以下であると判定された場合(図4/STEP312‥YES)、当該偏差C1_est(t+Δt)−C1(t+Δt)が第1閾値ε1より小さい正値である第2閾値ε2以下であるか否かが判定される(図4/STEP314)。
当該判定結果が否定的である場合(図4/STEP314‥NO)、第2負圧P2が(1+γ2)P2(0<γ2<γ1)に補正される(図4/STEP324)。例えば、前記のように第2負圧P2が(1−β1)P1に調節されている場合、劣化補正処理によって第2負圧P2が(1+γ2)(1−β1)P1に調節される。また、第2負圧P2が(1−β2)P1に調節されている場合、劣化補正処理によって第2負圧P2が(1+γ2)(1−β2)P1に調節される。
当該偏差が第2閾値ε2以下であると判定された場合(図4/STEP314‥YES)、第2負圧P2はそのままの値に維持される。
前記処理により、当該偏差C1_est(t+Δt)−C1(t+Δt)が大きいほど、第2負圧P2が2段階にわたり断続的に低くなるように補正される。当該偏差と3個以上の異なる閾値のそれぞれとの大小関係が判定されることにより、当該偏差が大きいほど、第2負圧P2が3以上の段階数にわたり断続的に低くなるように補正されてもよい。また、当該偏差を変数とする連続減少関数にしたがって、当該偏差が大きいほど、第2負圧P2が連続的に低くなるように補正されてもよい。
原燃料F0の高オクタン価成分の濃度C2の変動量|C2(t)−C2(t+Δt)|と基準値ε0との大小関係の判定処理(図4/STEP310)及びその結果に応じた負圧制御処理の実行禁止処理が省略されてもよい。当該変動量が高いほど、第2負圧P2が連続的に低くなるように補正されてもよい。この場合、前記偏差の大小に応じた第2負圧P2の補正処理が省略されてもよい。劣化補正処理の実行が省略されてもよい。
前記変動量|C2(t)−C2(t+Δt)|及び前記偏差C1_est(t+Δt)−C1(t+Δt)のうち少なくとも一方の大小に応じて分離器20の劣化度の高低が判定され、当該判定結果が第2負圧P2の補正以外の処理に利用されてもよい。例えば、当該劣化度が高いほど分離器20に対する原燃料F0の供給量が減らされてもよい。
(負圧制御処理(第1実施形態))
制御装置70により、次に説明する手順にしたがって「負圧制御処理」が繰り返し実行される。
1次状態において真空ポンプ36が動作することにより、凝縮器30が減圧される。「1次状態」とは、第4開閉機構34が開いている一方、第1開閉機構31、第2開閉機構32及び第3開閉機構33が閉じている状態を意味する。この状態で、凝縮器30の内部気圧Pが第1負圧P1以下に到達したか否かが判定される(図5/STEP102)。
当該判定結果が肯定的である場合(図5/STEP102‥YES)、第1開閉機構31が開放される(図5/STEP104)。これにより、第1開閉機構31が開放されている一方、第2開閉機構32、第3開閉機構33及び第4開閉機構34が閉塞されている「2次状態」が実現される。また、真空ポンプ36の動作が停止される(図5/STEP104)。
なお、後述する真空ポンプ36の動作開始(図5/STEP112参照)から第1指定時間経過後に、真空ポンプ36の動作が停止されるとともに、第1開閉機構31が開かれてもよい(図5/STEP104参照)。
2次状態において、分離器20によって第1燃料F1及び第2燃料F2の分離が開始され、図6(a)に矢印で示されているように気相状態の第1燃料F1が分離器20から凝縮器30に対して供給される。気相状態の第1燃料F1の少なくとも一部は、負圧かつ冷却状態にある凝縮器30において凝縮(気相から液相に相転移)した上で貯留される。また、真空ポンプ36の停止により、凝縮器30において蒸発燃料Vが増加し、凝縮器30の内部気圧が上昇する。
凝縮器30の内部気圧Pが第1負圧P1よりも高い第2負圧P2以上に到達したか否かが判定される(図5/STEP106)。前記のように「負圧」は大気圧を基準として負値として定義されるので、第2負圧P2の絶対値は第1負圧P1の絶対値よりも小さい。
当該判定結果が肯定的である場合(図5/STEP106‥YES)、第1開閉機構31が閉じられる一方、第2開閉機構32及び第3開閉機構33が開かれる(図5/STEP108)。これにより、第1開閉機構31及び第4開閉機構34が閉じられている一方、第2開閉機構32及び第3開閉機構33が開かれている「3次状態」が実現される。
なお、真空ポンプ36の動作が停止され、第1開閉機構31が開かれてから、第2指定時間経過後に、第1開閉機構31が閉じられる一方、第2開閉機構32及び第3開閉機構33が開かれてもよい(図5/STEP108参照)。
第1開閉機構31が閉じられることにより、分離器20による第1燃料F1及び第2燃料F2の分離が停止される。第2開閉機構32が開かれることにより、図6(b)に示されているように凝縮器30に貯留されている第1燃料F1が第1燃料タンク40に対して供給される。また、第3開閉機構33が開かれることにより、図6(b)に示されているように凝縮器30に第1燃料タンク40から蒸発燃料Vが供給され、凝縮器30が昇圧して第1燃料タンク40と同圧になる。
3次状態が実現されてから、指定時間(例えば10[s])が経過したか否かが判定される(図5/STEP110)。
当該判定結果が肯定的である場合(図5/STEP110‥YES)、第2開閉機構32及び第3開閉機構33がともに閉じられる一方、第4開閉機構34が開かれる(図5/STEP112)。これにより、1次状態が実現される。また、真空ポンプ36の動作が開始される(図5/STEP112)。
1次状態において、図6(c)に示されているように蒸発燃料V(気体)が凝縮器30から第1燃料タンク40に対して供給され(矢印参照)、凝縮器30の内部気圧Pが低下する。蒸発燃料Vは、第1燃料タンク40において第1燃料F1のバブリングを引き起こし、気泡中の蒸発燃料Vのうち少なくとも一部が液相状態の第1燃料F1に取り込まれうる。第1燃料タンク40において第1燃料F1は二相状態(気相−液相)にあり、凝縮器30から蒸発燃料Vが供給されることにより第1燃料タンク40が昇圧される。なお、蒸発燃料Vは凝縮器30から、第1燃料タンク40において同じく蒸発燃料Vが充満している空間に対して供給されてもよい。
以降、凝縮器30の内部気圧Pの対比判定以降の処理が繰り返される(図5/STEP102参照)。
また、ECU70により、負圧制御処理の実行中に、第1燃料タンク40の開放条件が満たされているか否かが判定される。「開放条件」としては、第1燃料タンク40の測定気圧が閾値以上になったという条件、若しくは、閾値を超える車両の加速要求があったという条件又はこれらの組み合わせ条件が採用されうる。
そして、開放条件が満たされていると判定された場合、第5開閉機構44が開放されている「4次状態」が実現される。この際、例えば、第1開閉機構31、第2開閉機構32、第3開閉機構33及び第4開閉機構34は閉塞されている。4次状態において、図6(d)に示されているように、蒸発燃料Vが第1燃料タンク40から放出され、その上で吸気管61を通じて内燃機関60に対して供給される。
(第2実施形態)
(構成)図7に示されている本発明の第2実施形態としての燃料供給装置は、図1に示されている本発明の第1実施形態としての燃料供給装置と共通する構成を有するので、当該共通構成には同じ符号を用いるとともに説明を省略する。
第2実施形態では、凝縮器30と外気雰囲気(車両の内外を問わない。)とを接続する経路に第3開閉機構33が設けられ、第3開閉機構33が開かれることにより、凝縮器に外気が導入されるように構成されている。なお、凝縮器30と空気源であるキャニスタ50とを接続する経路に第3開閉機構33が設けられ。第3開閉機構33が開かれることにより、キャニスタ50に吸着されている蒸発燃料Vが凝縮器30に導入されるように構成されていてもよい。
また、凝縮器30とキャニスタ50とを接続する経路に真空ポンプ36が設けられている。当該経路は、キャニスタ50と分離器20の低圧室24とを接続する経路に対して接続されている。図1に示されている第4開閉機構34及び第5開閉機構44は省略されている。3つの開閉機構31〜33及び真空ポンプ36が本発明の「気圧調節機構」を構成する。
(機能)前記構成の燃料供給装置の機能及び制御装置70により実行される制御処理内容について説明する。第2実施形態では、第1実施形態と同様に第2負圧P2の調節処理(図2及び図3参照)及び劣化補正処理(図4参照)が実行されるので、その説明を省略する。その一方、第2実施形態では、第1実施形態と比較して、前記構成の相違に応じて負圧制御処理の内容が相違するので、以下、これについて説明する。
(負圧制御処理(第2実施形態))
1次状態において真空ポンプ36が動作することにより、凝縮器30が減圧される。「1次状態」とは、第1開閉機構31、第2開閉機構32及び第3開閉機構33が閉じている状態を意味する。この状態で、凝縮器30の内部気圧Pが第1負圧P1以下に到達したか否かが判定される(図8/STEP202)。
当該判定結果が肯定的である場合(図8/STEP202‥YES)、真空ポンプ36の動作が停止され、第1開閉機構31が開放される(図8/STEP204)。これにより、第1開閉機構31が開放されている一方、第2開閉機構32及び第3開閉機構33が閉塞されている「2次状態」が実現される。
2次状態において、分離器20によって第1燃料F1及び第2燃料F2の分離が開始され、図9(a)に矢印で示されているように気相状態の第1燃料F1が分離器20から凝縮器30に対して供給される。気相状態の第1燃料F1の少なくとも一部は、負圧かつ冷却状態にある凝縮器30において凝縮(気相から液相に相転移)した上で貯留される。また、真空ポンプ36の停止により、凝縮器30において蒸発燃料Vが増加し、凝縮器30の内部気圧が上昇する。
凝縮器30の内部気圧Pが第1負圧P1よりも高い第2負圧P2以上に到達したか否かが判定される(図8/STEP206)。当該判定結果が肯定的である場合(図8/STEP206‥YES)、第1開閉機構31が閉じられる一方、第2開閉機構32及び第3開閉機構33が開かれる(図8/STEP208)。これにより、第1開閉機構31が閉じられている一方、第2開閉機構32及び第3開閉機構33が開かれている「3次状態」が実現される。
3次状態が実現されてから、指定時間(例えば10[s])が経過したか否かが判定される(図8/STEP210)。当該判定結果が肯定的である場合(図8/STEP210‥YES)、第2開閉機構32及び第3開閉機構33がともに閉じられることで1次状態が再び実現され、かつ、真空ポンプ36の動作が開始される(図8/STEP212)。
以降、凝縮器30の内部気圧Pの対比判定以降の処理が繰り返される(図8/STEP202参照)。第1実施形態のように開放条件の充足性は判定されず、定常的に蒸発燃料Vが第1燃料タンク40から放出され、キャニスタ50に対して供給される。
(作用効果)
本発明の燃料供給装置によれば、2次状態において分離器20から凝縮器30に気相状態の第1燃料F1(高オクタン価燃料)が流入し、凝縮器30の内部気圧P(負圧)が上昇していくにつれて、分離器20による燃料分離効率が徐々に低下する傾向がある。この傾向は、原燃料F0の高オクタン価成分の濃度C2が低いほど顕著になる。
そこで、原燃料F0の高オクタン価成分の濃度C2が低いほど、2次状態における凝縮器の負圧範囲[P1,P2]の幅、すなわち第1及び第2負圧の差P2−P1が小さくなるように、第1負圧P1及び第2負圧P2のうち少なくとも一方が調節される(図2及び図3参照)。これにより、負圧制御処理において凝縮器30の内部気圧Pが第1負圧P1から第2負圧P2に上昇するまでの期間、すなわち2次状態が維持される期間が短縮される(図5/STEP102‥YES〜STEP106‥YES、図6(b)、図8/STEP202‥YES〜STEP206‥YES及び図9(b)参照)。
このため、分離器20による燃料分離効率が低い蓋然性が高いにも関わらず、2次状態が無駄に長期間にわたって維持される事態が回避される。そして、当該期間が短縮された分だけ、負圧制御処理の繰り返し回数の増加、ひいては高オクタン価成分の濃度が高い第1燃料F1の累計回収量の増加が図られる。
さらに、原燃料F0に含まれている高オクタン価成分の濃度C2が低いほど、少なくとも第2負圧P2が低く調節される(図2/STEP022〜026参照)。これにより、2次状態における凝縮器30の負圧範囲[P1,P2]の位置が低圧側に調節される。このため、分離機の燃料分離効率の観点から2次状態における凝縮器の負圧の低さが不十分になる事態が回避される。
また、分離器20の劣化が進行しており、高オクタン価成分が高い第1燃料F1の回収が困難である蓋然性が高い状況で、第2負圧P2が低くなるように調節される(図4/STEP322,324参照)。これにより、2次状態が維持される期間が短縮され、2次状態が無駄に長期間にわたり維持されることが回避される。そして、当該期間の短縮による負圧制御処理の繰り返し回数の増加が図られることによって第1燃料F1の回収効率の向上が図られる。
(本発明の他の実施形態)
負圧制御周期ごとに、1次状態及び2次状態が複数回にわたって交互に切り替えられた後、3次状態が実現されてもよい。
第3開閉機構33が省略され、第2開閉機構32が開状態であるときに、2次回収経路を通じて第1燃料タンク40から凝縮器30に対して蒸発燃料Vが供給されてもよい。これにより、共通の経路を介して、凝縮器30を昇圧させるとともに、凝縮器30から第1燃料タンク40に対して第1燃料F1を供給させることができる。
この場合、制御装置70により、第1開閉機構31及び第2開閉機構32が閉じている状態と、第1開閉機構31及び第2開閉機構32のうち一方が開いている状態との連続が繰り返して実現されてもよい。また、第1開閉機構31及び第2開閉機構32が閉じている状態では真空ポンプ36を動作させる一方、第1開閉機構31及び第2開閉機構32のうち一方が開いている状態では真空ポンプ36の動作を停止させてもよい。
10‥原燃料タンク、20‥分離器、21‥分離膜、30‥凝縮器、31‥第1開閉機構、32‥第2開閉機構、33‥第3開閉機構、36‥真空ポンプ、40‥第1燃料タンク、50‥キャニスタ、60‥内燃機関、70‥ECU(制御装置)。

Claims (6)

  1. 原燃料から分離される、高オクタン価成分が当該原燃料よりも多く含有されている第1燃料と、低オクタン価成分が当該原燃料よりも多く含有されている第2燃料又は前記原燃料とを、選択的に又は指定混合比で同時に内燃機関に対して供給する装置であって、
    分離膜を介して高圧室と低圧室とに区分され、前記低圧室が前記高圧室よりも低圧に維持されている状態で、前記原燃料が前記分離膜により前記第1燃料と前記第2燃料とに分離され、前記第1燃料が前記低圧室側から回収され、前記第2燃料が前記高圧室側から回収されるように構成されている分離器と、
    前記分離器の前記低圧室に接続されている凝縮器と、
    前記凝縮器に接続され、前記第1燃料を貯蔵するように構成されている第1燃料タンクと、
    前記凝縮器の内部気圧を調節するように構成されている気圧調節機構と、
    前記気圧調節機構の動作を制御することにより、前記凝縮器が前記分離器及び前記第1燃料タンクから遮断されている1次状態において、前記凝縮器を減圧して第1負圧に低下させ、前記凝縮器の減圧を停止して、続いて前記凝縮器が前記分離器に連通している一方で前記第1燃料タンクから遮断されている2次状態において、前記凝縮器の内部気圧を第2負圧に上昇させた後、前記凝縮器が前記分離器から遮断されている一方で前記第1燃料タンクに連通している3次状態においても前記凝縮器の減圧を停止させる負圧制御処理を繰り返し実行するように構成されている制御装置と、を備え、
    前記制御装置が、前記原燃料の高オクタン価成分の濃度が低いほど、前記第1負圧と前記第2負圧との差が小さくなるように、前記第1負圧及び前記第2負圧のうち少なくとも一方を調節するように構成されていることを特徴とする燃料供給装置。
  2. 請求項1記載の燃料供給装置において、
    前記制御装置が、前記原燃料の高オクタン価成分の濃度が低いほど、前記第2負圧を低く調節するように構成されていることを特徴とする燃料供給装置。
  3. 請求項2記載の燃料供給装置において、
    前記分離器により分離された前記第2燃料が、前記原燃料が貯蔵されている原燃料タンクに供給されるように構成されていることを特徴とする燃料供給装置。
  4. 請求項3記載の燃料供給装置において、
    前記制御装置が、前記第1燃料の高オクタン価成分の濃度及び前記原燃料の高オクタン価成分の濃度のうち少なくとも一方の時系列的な測定結果に基づいて推定される前記分離器の劣化度が高いほど、前記第1負圧と前記第2負圧との差が小さくなるように、前記第1負圧及び前記第2負圧のうち少なくとも一方を調節するように構成されていることを特徴とする燃料供給装置。
  5. 請求項4記載の燃料供給装置において、
    前記制御装置が、前記第1燃料の高オクタン価成分の濃度の測定結果に基づき、前記分離器が正常であるという仮定下で定まる未来の指定時点における前記第1燃料の高オクタン価成分の推定濃度と、前記第1燃料タンクに貯蔵されている前記第1燃料の高オクタン価成分の濃度の前記指定時点における測定結果との偏差が大きいほど、前記分離器の劣化度が高いという定義にしたがって、前記第1負圧及び前記第2負圧のうち少なくとも一方を調節するように構成されていることを特徴とする燃料供給装置。
  6. 請求項4又は5記載の燃料供給装置において、
    前記制御装置が、前記原燃料の高オクタン価成分の濃度の時間変化率が低いほど前記分離器の劣化度が高いという定義にしたがって、前記第1負圧及び前記第2負圧のうち少なくとも一方を調節するように構成されていることを特徴とする燃料供給装置。
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