JP6109644B2 - Fuel separation system for internal combustion engines - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の燃料分離システムに関する。より詳しくは、アルコールとガソリンの混合燃料を、オクタン価の高い高オクタン価燃料とオクタン価の低い低オクタン価燃料とに分離する内燃機関の燃料分離システムに関する。 The present invention relates to a fuel separation system for an internal combustion engine. More specifically, the present invention relates to a fuel separation system for an internal combustion engine that separates a mixed fuel of alcohol and gasoline into a high-octane fuel having a high octane number and a low-octane fuel having a low octane number.
内燃機関(以下、「エンジン」という。)の燃料として、さとうきび、とうもろこし、じゃがいもなど多くの作物から製造できるアルコール燃料が注目されている。特に近年では、アルコール燃料をガソリンに添加した混合燃料が流通しており、今後さらに普及すると予測されている。アルコール燃料としては、エタノールやメタノールなど様々な種類があり、これらのうちエタノールが最も多く普及している。 As fuel for internal combustion engines (hereinafter referred to as “engines”), alcohol fuel that can be produced from many crops such as sugar cane, corn, and potatoes has attracted attention. Particularly in recent years, mixed fuels in which alcohol fuel is added to gasoline are in circulation and are expected to become more widespread in the future. There are various types of alcohol fuel, such as ethanol and methanol, and ethanol is the most popular among these.
上記混合燃料の普及とあわせて、車両の走行中に、外部から給油された混合燃料を、高ガソリン濃度の燃料(低オクタン価燃料)と高アルコール濃度の燃料(高オクタン価燃料)に再び分離する燃料分離システムが知られている(例えば、特許文献1参照)。燃料分離システムは、ガソリンとアルコールとにオクタン価や発熱量など燃料物性において様々な相違点があることから、外部から給油された混合燃料をそのまま利用するよりも、車両上で再び分離し、エンジンの運転状態に応じてガソリンとアルコールとを使い分けた方が好ましい場合があるため設けられる。一例を挙げると、アルコールはガソリンと比べて耐ノッキング性に優れているため、アルコールをエンジンに供給することで、ノッキングが抑制される。 Along with the widespread use of the above-mentioned mixed fuels, the fuel that is refueled from outside is separated into high gasoline concentration fuel (low octane fuel) and high alcohol concentration fuel (high octane fuel) while the vehicle is running. A separation system is known (see, for example, Patent Document 1). The fuel separation system has various differences in fuel properties, such as octane number and calorific value, between gasoline and alcohol, so it is separated again on the vehicle rather than using the mixed fuel supplied from outside as it is, and the engine It is provided because it may be preferable to use gasoline and alcohol properly depending on the driving state. For example, since alcohol has better knocking resistance than gasoline, knocking is suppressed by supplying alcohol to the engine.
ここで、図4は、従来の燃料分離システムの構成を示す図である。図4に示すように、従来の燃料分離システム1Aは、混合燃料を貯留する主タンク10と、混合燃料を高オクタン価燃料と低オクタン価燃料に分離する分離器12と、高オクタン価燃料を負圧下で一時的に貯留する高オクタン価燃料バッファタンク14と、高オクタン価燃料を大気圧下で貯留する高オクタン価燃料タンク15と、低オクタン価燃料を貯留する低オクタン価燃料タンク17と、を含んで構成される。
Here, FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a conventional fuel separation system. As shown in FIG. 4, a conventional
上述の燃料分離システム1Aは、次のように動作する。
先ず、主タンク10内の混合燃料は、燃料ポンプ103により第1燃料通路101の途中に設けられた熱交換器11に、燃圧レギュレータ165の設定圧力まで加圧、供給され、熱交換器11内を流通するエンジン2の冷却水との熱交換により加熱される。加熱された混合燃料は、分離器12内の分離膜122に供給され、高オクタン価成分(アルコール)が選択的に分離膜122を透過し、気化した状態で負圧下の低圧室124に流入することにより、高オクタン価燃料と低オクタン価燃料とに分離される。分離された高オクタン価燃料は、凝縮器13により凝縮されて負圧下の高オクタン価燃料バッファタンク14に供給され、一時的に貯留された後、大気圧下の高オクタン価燃料タンク15に適宜供給される。高オクタン価燃料タンク15内に貯留された高オクタン価燃料は、ポートインジェクタ51により吸気ポート30内に適宜噴射される。
The
First, the mixed fuel in the
一方、分離された低オクタン価燃料は、ラジエータ16により冷却された後、主タンク10内に循環され、再び分離に供される。これは、混合燃料を分離膜122に1回透過させただけでは高オクタン価成分を完全には分離できず、複数回、分離膜122に透過させる必要があるためである。混合燃料を複数回、分離膜122に透過させて分離が完了した後、主タンク10内の低オクタン価燃料は、低オクタン価燃料タンク17内に供給されて貯留される。低オクタン価燃料タンク17内に貯留された低オクタン価燃料は、直噴インジェクタ52によりエンジン2の燃焼室20内に適宜噴射される。
On the other hand, the separated low-octane fuel is cooled by the
上述の燃料分離システム1Aによれば、例えば給油直後で燃料の分離が完了していない場合には、前回の分離で得られ、低オクタン価燃料タンク17に備蓄されている低オクタン価燃料をエンジン2の運転に使用することで、分離前の混合燃料の消費を回避できる。ひいては、分離可能な高オクタン価成分量を最大化できる。
According to the
ところで、主タンク10内の混合燃料を高オクタン価燃料と低オクタン価燃料に分離するためには、混合燃料を熱交換器11に供給して加熱し、加熱された混合燃料を分離膜122により分離し、高オクタン価燃料を凝縮・冷却するとともに、低オクタン価燃料を沸点以下に冷却する必要がある。
By the way, in order to separate the mixed fuel in the
しかしながら、分離前の混合燃料を加熱するために冷却水・排気・エンジン壁面輻射などを加熱源として用いていると、エンジン2の暖機状態や低負荷運転時、主タンク10内の燃料温度が低い場合には、加熱源における混合燃料を加熱するための熱交換量が不足する。そして、分離前の混合燃料が分離に必要な温度に昇温できず、燃料分離性能が低下する。
However, if cooling water, exhaust, engine wall radiation, or the like is used as a heating source to heat the mixed fuel before separation, the fuel temperature in the
また、混合燃料を冷却するためにファン・ブロワなどにより導入された外気、走行風、又はこれらと熱交換した冷却媒体を用いるラジエータ16のような冷却手段を用いていると、外気温度や路面温度が高温の場合に分離後の燃料を凝縮・冷却するための熱交換量が不足する。そして、分離後の燃料の凝縮性能の低下、燃料及び燃料系部品の劣化、燃料沸騰による燃料蒸気の大量発生などが引き起こされ、燃料分離性能及び安全性に支障がある。
In addition, when a cooling means such as the
本発明は上記課題を解決するためのものであり、その目的は、分離前の混合燃料を分離に必要な温度に確実に昇温し、分離後の燃料を支障のない温度に確実に冷却する内燃機関の燃料分離システムを提供することにある。 The present invention is for solving the above-mentioned problems, and its purpose is to reliably raise the temperature of the mixed fuel before separation to a temperature necessary for separation and to reliably cool the fuel after separation to a temperature that does not hinder it. An object of the present invention is to provide a fuel separation system for an internal combustion engine.
本発明の内燃機関の燃料分離システムは、アルコールとガソリンの混合燃料を、該混合燃料よりオクタン価の高い高オクタン価燃料と前記混合燃料よりオクタン価の低い低オクタン価燃料とに分離する内燃機関(例えば、後述のエンジン2)の燃料分離システム(例えば、後述の燃料分離システム1)であって、前記混合燃料を貯留する主タンク(例えば、後述の主タンク10)と、前記主タンクから燃料通路(例えば、後述の第1燃料通路101)を介して供給された前記混合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循環通路(例えば、後述の循環通路100)と、前記循環通路を流通する燃料と前記内燃機関を冷却する冷却媒体(例えば、後述の冷却水)との間で熱交換させる熱交換器(例えば、後述の熱交換器11)と、前記熱交換器を流通する前記冷却媒体の流量を制御する流量調整弁(例えば、後述の流量調整弁112)と、前記循環通路を流通する燃料を冷却する冷却手段(例えば、後述のラジエータ16)と、前記流量調整弁又は前記冷却手段の少なくとも1つを制御することにより前記循環通路を流通する燃料の温度を調節する温度調節手段(例えば、後述のECU5)と、を備えることを特徴とする。
The fuel separation system for an internal combustion engine of the present invention separates a mixed fuel of alcohol and gasoline into a high-octane fuel having a higher octane number than the mixed fuel and a low-octane fuel having a lower octane number than the mixed fuel (for example, described later). A fuel separation system (for example, a
本発明によると、温度調節手段は、冷却手段又は流量調整弁の少なくとも1つを制御することにより循環通路を流通する燃料の温度を調節する。即ち、循環通路を流通する燃料を流量調整弁の制御により温度を調節できる熱交換器に供給して加熱する。そして、循環通路を流通する加熱された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。その後、循環通路を流通する分離された燃料を制御されて温度を調整できる冷却手段により冷却する。
ここで、循環通路を流通する燃料量が主タンクに満タンに貯留された燃料量の一部であると、循環通路を流通する燃料のヒートマスが小さく、循環通路を流通する燃料の温度応答性が良好となる。このため、温度調節手段は、循環通路を流通する燃料の温度を効率的に応答性良く調節できる。
したがって、分離前の燃料を分離に必要な温度に確実に昇温することができ、分離後の燃料を支障のない温度に確実に冷却することができる。
According to the present invention, the temperature adjusting means adjusts the temperature of the fuel flowing through the circulation passage by controlling at least one of the cooling means or the flow rate adjusting valve. That is, the fuel flowing through the circulation passage is heated by supplying it to a heat exchanger whose temperature can be adjusted by controlling the flow rate adjusting valve. And the heated fuel which distribute | circulates a circulation path is isolate | separated into a high octane number fuel and a low octane number fuel. Thereafter, the separated fuel flowing through the circulation passage is cooled by a cooling means that can control and adjust the temperature.
Here, if the amount of fuel flowing through the circulation passage is a part of the amount of fuel stored in the main tank, the heat mass of the fuel flowing through the circulation passage is small, and the temperature responsiveness of the fuel flowing through the circulation passage is small. Becomes better. For this reason, the temperature adjusting means can efficiently adjust the temperature of the fuel flowing through the circulation passage with good responsiveness.
Therefore, it is possible to reliably raise the temperature of the fuel before separation to a temperature necessary for separation, and it is possible to reliably cool the fuel after separation to a temperature that does not hinder.
前記温度調節手段は、前記循環通路内の複数の異なる箇所での燃料の温度に基づいて、前記循環通路を流通する燃料の温度を調節することが好ましい。 The temperature adjusting means preferably adjusts the temperature of the fuel flowing through the circulation passage based on the temperature of the fuel at a plurality of different locations in the circulation passage.
循環通路内には、熱交換器及び冷却手段が配置される。このため、循環通路を流通する燃料の温度は熱交換器の下流側で上昇し冷却手段の下流側で低下し循環通路内で一定ではない。本発明によると、温度調節手段は、循環通路内の複数の異なる箇所での燃料の温度に基づいて、循環通路を流通する燃料の温度を調節する。よって、温度調節手段は、循環通路を流通する燃料の温度を的確に把握できる。このため、温度調節手段は、循環通路を流通する燃料の温度をより効率的に応答性良く調節できる。 A heat exchanger and cooling means are arranged in the circulation passage. For this reason, the temperature of the fuel flowing through the circulation passage rises on the downstream side of the heat exchanger, decreases on the downstream side of the cooling means, and is not constant in the circulation passage. According to the present invention, the temperature adjusting means adjusts the temperature of the fuel flowing through the circulation passage based on the temperature of the fuel at a plurality of different locations in the circulation passage. Therefore, the temperature adjusting means can accurately grasp the temperature of the fuel flowing through the circulation passage. For this reason, the temperature adjusting means can adjust the temperature of the fuel flowing through the circulation passage more efficiently and with good responsiveness.
本発明によれば、分離前の混合燃料を分離に必要な温度に確実に昇温し、分離後の燃料を支障のない温度に確実に冷却する内燃機関の燃料分離システムを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a fuel separation system for an internal combustion engine that reliably raises the temperature of a mixed fuel before separation to a temperature necessary for separation and reliably cools the fuel after separation to a temperature that does not hinder the separation. .
本発明の一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係るエンジン2の燃料分離システム1の構成を示す図である。図2は、本実施形態に係るエンジン2の燃料分離システム1の回路を示す図である。
エンジン2の燃料分離システム1は、図示しない車両に搭載され、車両の走行中にエタノールとガソリンの混合燃料を、混合燃料よりエタノール濃度が高くオクタン価の高い高オクタン価燃料と、混合燃料よりエタノール濃度が低くオクタン価の低い低オクタン価燃料とに分離する。
An embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a
The
図1に示すように、本実施形態に係るエンジン2の燃料分離システム1は、主タンク10と、熱交換器11と、分離器12と、凝縮器13と、高オクタン価燃料バッファタンク14と、高オクタン価燃料タンク15と、ラジエータ16と、低オクタン価燃料タンク17と、キャニスタ18と、電子制御ユニット(以下、「ECU」という。)5と、を備える。
As shown in FIG. 1, the
主タンク10は、給油口から供給されたエタノールとガソリンの混合燃料を貯留する。本実施形態では、混合燃料として、最も普及しているエタノール含有率が10%の混合燃料が好ましく使用される。主タンク10には、後述する熱交換器11及び分離器12に燃料を供給するための第1燃料通路101が接続される。
主タンク10の上方空間は、後述する低オクタン価燃料タンク17の上方空間と連通している。これにより、主タンク10と低オクタン価燃料タンク17は同圧に保たれる。また、仮に低オクタン価燃料タンク17内でオーバーフローが発生した場合であっても、そのオーバーフロー分を主タンク10内で貯留できる。
The
The upper space of the
第1燃料通路101の主タンク10側には、熱交換器11から主タンク10へ燃料の流れを妨げる第1逆止弁102が設けられる。また、第1燃料通路101の第1逆止弁102よりも下流側には、高圧燃料ポンプ103が設けられる。この高圧燃料ポンプ103の回転数はECU5により制御され、これにより、主タンク10内の混合燃料は第1燃料通路101を介して熱交換器11内に供給される。
熱交換器11の上流側の第1燃料通路101には、第1温度センサ104が設けられる。第1温度センサ104は、第1燃料通路101を介して熱交換器11内に供給される燃料の温度を検出し、燃料の温度に応じた検出信号をECU5に出力する。
A
A
熱交換器11は、第1燃料通路101の途中に設けられ、高圧燃料ポンプ103により第1燃料通路101を介して供給された燃料を、エンジン2の冷却水(LLC)との熱交換により加熱する。これにより、後述する分離器12の分離膜122に供給される燃料が昇温されて分離膜122による分離効率が向上する。
熱交換器11には、エンジン2の冷却水を流す冷却水通路111が接続され、エンジン2の冷却水が熱交換器11内を流通する。冷却水通路111には、冷却水通路111内を流れる冷却水の流量を調整する流量調整弁112が設けられ、この流量調整弁112はECU5により制御される。また、冷却水通路111のエンジン2側には、水温センサ113が設けられ、この水温センサ113は、冷却水通路111内を流れる冷却水の温度を検出し、冷却水の温度に応じた検出信号をECU5に出力する。
なお、冷却水通路111内を流れる冷却水は、図示しない車両のラジエータにより適宜冷却される。また、熱交換器11は、電気ヒータをさらに備えてもよく、電気ヒータで代替されてもよい。
The
A cooling
The cooling water flowing through the cooling
分離器12は、熱交換器11により加熱されて供給された混合燃料を、該混合燃料よりエタノール濃度が高くオクタン価の高い高オクタン価燃料と、よりエタノール濃度が低くオクタン価の低い低オクタン価燃料とに分離する。
熱交換器11の下流側で且つ分離器12の上流側の第1燃料通路101には、第2温度センサ126が設けられる。第2温度センサ126は、熱交換器11により加熱されて分離器12に供給される燃料の温度を検出し、燃料の温度に応じた検出信号をECU5に出力する。
The
A
分離器12は、透過気化法(パーベーパレーション法)を利用した分離器である。分離器12は、混合燃料中の高オクタン価成分であるエタノールを選択的に透過させる分離膜122と、この分離膜122により区画された高圧室123及び低圧室124と、低圧室124内の圧力を検出する圧力センサ125と、を備える。
The
高圧室123は、第1燃料通路101の熱交換器11下流側に接続され、第1燃料通路101に設けられた高圧燃料ポンプ103により高圧に保たれる。低圧室124は、後述する凝縮器13及び高オクタン価燃料バッファタンク14を介して負圧ポンプ141の吸気側に接続され、負圧ポンプ141が駆動されることにより負圧に保たれる。低圧室124内には、圧力センサ125が設けられる。圧力センサ125は、低圧室124内の圧力を検出し、この圧力に応じた検出信号をECU5に出力する。
The high-
熱交換器11により加熱された燃料が高圧室123内に供給されると、高オクタン価成分のエタノールが分離膜122を選択的に透過し、低圧室124内に気体状態で高オクタン価燃料が浸出する。一方、高圧室123内には低オクタン価燃料が残存する。このようにして、燃料が高オクタン価燃料と低オクタン価燃料とに分離される。
分離器12の分離効率は、供給される燃料の温度や流量と、高圧室123及び低圧室124内の圧力とにより調整される。
When the fuel heated by the
The separation efficiency of the
凝縮器13は、気体状態の高オクタン価燃料を凝縮する。凝縮器13は、気体状態の高オクタン価燃料を凝縮する。凝縮器13は、その上流側が分離器12の低圧室124に接続され、その下流側が後述する高オクタン価燃料バッファタンク14を介して負圧ポンプ141の吸気側に接続される。これにより、負圧ポンプ141が駆動されて凝縮器13内は負圧に制御され、高オクタン価燃料の蒸気圧よりも低圧に保たれるため、気体状態の高オクタン価燃料が低圧室124から凝縮器13内に供給されて、凝縮される。
凝縮器13は、空冷式の凝縮器であり、プレート状の複数のフィン130と、冷却ファン132と、を備える。冷却ファン132は、その回転数がECU5により制御される。なお、凝縮器13として、水冷式あるいは他の冷媒を用いた凝縮器を使用してもよい。
The
The
高オクタン価燃料バッファタンク14は、高オクタン価燃料を負圧下で一時的に貯留する。高オクタン価燃料バッファタンク14の上方空間は、凝縮器13の下部(貯留部)に接続されるとともに、後述する負圧ポンプ141の吸気側に接続される。これにより、不図示の燃料ポンプなど、何らかの燃料輸送手段によって、高オクタン価燃料が、凝縮器13から高オクタン価燃料バッファタンク14内に供給される。
The high octane
高オクタン価燃料タンク15は、高オクタン価燃料を大気圧下で貯留する。高オクタン価燃料タンク15の上方空間は、高オクタン価燃料バッファタンク14の下部(貯留部)に接続される。
高オクタン価燃料タンク15と高オクタン価燃料バッファタンク14の下部(貯留部)とを接続する燃料通路には、不図示の開閉弁及び燃料ポンプなど、何らかの燃料輸送手段を備え、高オクタン価燃料タンク15から高オクタン価燃料バッファタンク14への(蒸発)燃料の輸送を行う。
The high
The fuel passage connecting the high-
高オクタン価燃料タンク15の下部(貯留部)は、吸気側が高オクタン価燃料バッファタンク14の上方空間に接続された負圧ポンプ141の排気側に接続される。
The lower part (reservoir) of the high
高オクタン価燃料タンク15に貯留された高オクタン価燃料は、高オクタン価燃料タンク15の下部(貯留部)に設けられた燃料ポンプ151により、不図示の燃圧レギュレータにより設定された所定の圧力まで昇圧され、高オクタン価燃料通路152内に圧送される。圧送された高オクタン価燃料は、ポートインジェクタ51によりエンジン2の吸気ポート30内に適宜噴射される。ポートインジェクタ51の噴射時期及び噴射時間は、ECU5により制御される。
The high-octane fuel stored in the high-
また、高オクタン価燃料タンク15の上方空間は、後述するキャニスタ18と二方弁153を介して接続される。キャニスタ18内の圧力が高オクタン価燃料タンク15内の圧力より高くなると、キャニスタ18内の蒸発燃料が高オクタン価燃料タンク15内に供給される。一方、高オクタン価燃料タンク15内の圧力がキャニスタ18内の圧力より高くなると、高オクタン価燃料タンク15内の蒸発燃料がキャニスタ18内に供給される。
The upper space of the high
ラジエータ16は、分離器12により分離された低オクタン価燃料を冷却する。ラジエータ16は、第2燃料通路121の途中に設けられ、分離器12の下流側に配置される。ラジエータ16は、コルゲート状の複数のフィン160と、冷却ファン161と、を備える。冷却ファン161は、その回転数がECU5により制御される。分離膜122により分離された高温の低オクタン価燃料は、このラジエータ16により冷却される。
The
ラジエータ16の下流側は、後述する低オクタン価燃料タンク17と第2燃料通路121により接続される。第2燃料通路121には、低オクタン価燃料タンク17からラジエータ16へ燃料の流れを妨げる第2逆止弁164が設けられる。また、第2逆止弁164の上流側の第2燃料通路121には、燃圧レギュレータ165が設けられる。燃圧レギュレータ165はECU5により制御され、これにより、第2燃料通路121内を流れる燃料の燃圧が調整される。
The downstream side of the
第2燃料通路121の第2逆止弁164よりも上流側と、第1燃料通路101の第1逆止弁102の下流側との間には、これらの燃料通路を連結するバイパス通路162が設けられる。より詳しくは、バイパス通路162は、第2逆止弁164と燃圧レギュレータ165との間の第2燃料通路121と、第1逆止弁102と高圧燃料ポンプ103との間の第1燃料通路101とを連結する。
バイパス通路162には、バイパス通路162を開放又は遮断する循環制御弁163が設けられる。循環制御弁163の開閉は、ECU5により制御される。循環制御弁163は、例えば電磁弁で構成される。
また、バイパス通路162と第2燃料通路121の接続部には、燃料中の高オクタン価成分濃度を検出又は推定可能な高オクタン価成分濃度検出部として、例えばエタノールセンサなどの高オクタン価成分濃度センサ166が設けられる。高オクタン価成分濃度センサ166は、循環する燃料中の高オクタン価成分濃度を検出し、高オクタン価成分濃度に応じた検出信号をECU5に出力する。
Between the upstream side of the
The
In addition, a high-octane
循環制御弁163が開弁されると、バイパス通路162が開放されることで、第1燃料通路101、第2燃料通路121及びバイパス通路162により低オクタン価燃料が循環する循環通路100が形成される。これにより、熱交換器11により加熱された混合燃料や、ラジエータ16により冷却された低オクタン価燃料が、高圧燃料ポンプ103が駆動されることにより循環通路100内を循環する。ここで、循環通路100内を循環する燃料量は、主タンク10に満タンに貯留される燃料量に比して少量である。
また、循環制御弁163が閉弁されると、バイパス通路162が遮断されることで、循環通路100が遮断される。これにより、ラジエータ16により冷却された低オクタン価燃料は、第2燃料通路121を介して後述する低オクタン価燃料タンク17内に供給される。同時に、主タンク10の混合燃料が、第1燃料通路101に供給される。
When the
Further, when the
低オクタン価燃料タンク17に貯留された低オクタン価燃料は、低オクタン価燃料タンク17の下部(貯留部)に設けられた燃料ポンプ171により、不図示の燃圧レギュレータにより設定された所定の圧力まで昇圧され、低オクタン価燃料通路172内に圧送される。圧送された低オクタン価燃料は、不図示の高圧燃料ポンプにより加圧された後に直噴インジェクタ52によりエンジン2の燃焼室20内に適宜噴射される。直噴インジェクタに供給される燃料の圧力と、直噴インジェクタ52の噴射時期及び噴射時間は、ECU5により制御される。
The low-octane fuel stored in the low-
上述したように、低オクタン価燃料タンク17の上方空間は、主タンク10の上方空間と連通している。また、低オクタン価燃料タンク17の上方空間は、後述するキャニスタ18と二方弁173を介して接続される。キャニスタ18内の圧力が低オクタン価燃料タンク17内及び主タンク10内の圧力より高くなると、キャニスタ18内の蒸発燃料が低オクタン価燃料タンク17内に供給される。一方、低オクタン価燃料タンク17内及び主タンク10内の圧力がキャニスタ18内の圧力より高くなると、高オクタン価燃料タンク15内の蒸発燃料がキャニスタ18内に供給される。
As described above, the upper space of the low
キャニスタ18は、活性炭などの吸着剤を内蔵し、高オクタン価成分のエタノール及び低オクタン価成分のガソリン(炭化水素)を吸着して保持する。キャニスタ18は、キャニスタ制御弁181を介してエンジン2の吸気ポート30と接続される。キャニスタ制御弁181の開閉は、ECU5により制御される。
吸気ポート30内はエンジン運転時に負圧状態であることから、キャニスタ制御弁181が開弁されると、キャニスタ18に吸着されて保持されていたエタノール及びガソリン(炭化水素)が、再び蒸発して蒸発燃料となって、吸気ポート30内に供給される。これにより、蒸発燃料がエンジン2の燃焼室20内に供給され、燃焼される。
なお、蒸発燃料以外の窒素などの空気成分は、キャニスタ18から排出通路182を介して車外に排出される。
The
Since the
Note that air components such as nitrogen other than the evaporated fuel are discharged from the
エンジン2は、複数のシリンダ23を備えた多気筒エンジンである。図1には、このうちの1つを代表的に示す。エンジン2は、シリンダ23が形成されたシリンダブロック21と、シリンダヘッド22とを組み合わせて構成される。シリンダ23内には、ピストン24が摺動可能に設けられる。ピストン24の頂面とシリンダヘッド22のシリンダ23側の面により、エンジン2の燃焼室20が形成される。ピストン24は、コンロッドを介して図示しないクランクシャフトに連結されている。即ち、シリンダ23内におけるピストン24の往復動に応じて図示しないクランクシャフトが回転する。
The
エンジン2には、吸気が流れる吸気管3と、排気が流れる排気管4と、が設けられる。
シリンダヘッド22には、燃焼室20と吸気管3とを接続する吸気ポート30と、燃焼室20と排気管4とを接続する排気ポート40と、が形成されている。吸気ポート30のうち燃焼室20に臨む吸気開口は、吸気バルブ27により開閉される。排気ポート40のうち燃焼室20に臨む排気開口は、排気バルブ28により開閉される。
The
The
シリンダヘッド22には、燃焼室20内に臨む点火プラグ29と、吸気バルブ27を開閉駆動する図示しない吸気カムシャフトと、排気バルブ28を開閉駆動する排気カムシャフトと、が設けられる。点火プラグ29は、図示しないイグナイタ及びそのドライバを介してECU5に接続され、その点火時期がECU5により制御される。
The
吸気管3には、上流側から下流側に向かって順に、図示しない過給機のコンプレッサ及びインタークーラ、スロットル弁31が設けられる。スロットル弁31は、エンジン2の燃焼室20内に供給される空気の流量(吸気流量)を制御する。スロットル弁31は、図示しないドライバを介してECU5に接続される。
The intake pipe 3 is provided with a compressor, an intercooler, and a throttle valve 31 (not shown) in order from the upstream side to the downstream side. The
排気管4には、上流側から下流側へ向かって順に、図示しない過給機のタービン、排気を浄化する排気浄化触媒が設けられる。排気浄化触媒は、例えば三元触媒であり、排気中のHC、CO、NOxなどを浄化する。
The
ECU5は、エンジン2及び燃料分離システム1を制御する電子制御ユニットであり、CPU、ROM、RAM及び各種インターフェースなどの電子回路を含んで構成される。また、ECU5には、後述する燃料分離制御を実行する燃料分離制御部が構成される。ECU5には、エンジン2及び燃料分離システム1の状態及びこれらを搭載した車両の状態などを把握するため、上述した各種のセンサなどが接続される。また、ECU5には、エンジン2及び燃料分離システム1の状態及びこれらを搭載した車両の状態などを制御するため、上述した各種の弁、ポンプ、ファンなどが接続される。
The ECU 5 is an electronic control unit that controls the
次に、本実施形態に係る燃料分離システム1の燃料分離制御について説明する。図3は、本実施形態に係る燃料分離制御の手順を示すフローチャートである。この燃料分離制御は、ECU5により、車両のイグニッションスイッチがONされた後、所定の周期で繰り返し実行される。
Next, fuel separation control of the
ステップS1では、循環制御弁163を開弁するとともに、高圧燃料ポンプ103の運転を開始する。循環制御弁163を開弁することでバイパス通路162が開放されて循環通路100が形成され、高圧燃料ポンプ103の運転により主タンク10に満タンに貯留された量に比して少量の燃料が循環通路100内を循環する。燃料は、循環通路100内を循環する過程で、分離膜122に複数回接触することで、高オクタン価成分の多くが分離される。ここで、主タンク10に給油された場合に処理回数nを0に設定する。
In step S1, the
ステップS2では、高オクタン価成分濃度センサ166で検出する循環通路100を循環する燃料中の高オクタン価成分濃度が所定の閾値CL以上であるか否かを判別する。この判別がYESの場合には、今回の燃料分離が完了したものと判断し、ステップS3に移って燃料分離制御終了判定をしてルーチンを終了する。この判別がNOの場合には、ステップS4に移る。
In step S2, it is determined whether or not the high octane component concentration in the fuel circulating through the
ステップS4では、循環通路100内を循環する燃料温度が分離に適した高温になるように調節制御を実施する。燃料温度の調節制御は、ECU5により、冷却水の流量を制御する流量調整弁112を制御して熱交換器11によって燃料を昇温したり、ラジエータ16の冷却ファン161を制御してラジエータ16によって燃料を冷却したりする。燃料温度の調節制御方法は、第1温度センサ104が検出した検出温度及び水温センサ113が検出した検出水温を初期値とし、第2温度センサ126が検出する検出温度を目標温度T1に到達するように、流量調整弁112及び冷却ファン161をPID制御する。例えば、循環通路100内を循環する燃料が入替当初であり、燃料温度が目標温度T1の温度よりも大きく低温の場合には、ECU5は、流量調整弁112を全開にして熱交換器11の発熱量を最大にするとともに冷却ファン161を停止させてラジエータ16の吸熱量を最小に制御する。そして、燃料温度が目標温度T1の温度近辺の場合には、ECU5は、流量調整弁112の開弁量及び冷却ファン161の回転数を微調整して燃料温度が目標温度T1に収束するように制御する。上記のように第1温度センサ104が検出する検出温度としての主タンク10から供給された燃料の温度は、入替時にのみ検出すればよい。また、目標温度T1は、予め実験を行うことにより求められ、循環通路100内を循環する燃料の温度が低過ぎて燃料の分離に効率的でなくならず且つ上限以下となる値に設定される。ここで、循環通路100内を循環して温度調節される燃料は、主タンク10に満タンに貯留された量に比して少量であるため、分離に適した高温になり易く温度応答性がよい。ステップS4の処理が終了すると、ステップS5に移る。
In step S4, adjustment control is performed so that the temperature of the fuel circulating in the
ステップS5では、第2温度センサ126が検出する検出温度(循環通路100を循環する燃料の温度)が所定温度T2以上であるか否かを判別する。所定温度T2は、予め実験を行うことにより求められ、目標温度T1に比して低温であり、総分離時間短縮のために分離を開始するべき温度である。
この判別がNOの場合には、循環通路100内を循環する燃料温度が燃料の分離に未だ好ましくないと判断し、ステップS4に戻る。この判別がYESの場合には、循環通路100内を循環する燃料温度が燃料の分離に好ましいと判断し、ステップS6に移る。
In step S5, it is determined whether or not the detected temperature detected by the second temperature sensor 126 (the temperature of the fuel circulating in the circulation passage 100) is equal to or higher than a predetermined temperature T2. The predetermined temperature T2 is obtained by conducting an experiment in advance, is a temperature lower than the target temperature T1, and is a temperature at which separation should be started in order to shorten the total separation time.
If this determination is NO, it is determined that the temperature of the fuel circulating in the
ステップS6では、本ルーチンの1回目の処理のとき及びステップS8のn回目燃料分離制御終了判定の後の処理のときに、燃料分離制御開始判定をし、処理回数nをn+1とするとともに、負圧ポンプ141の運転を開始する。負圧ポンプ141の運転により分離器12の低圧室124が負圧にされ、循環通路100を循環する燃料が分離器12で分離開始される。なお、本ルーチンの1回目の処理のとき及びステップS8のn回目燃料分離制御終了判定の後の処理のとき以外では、燃料分離制御開始判定及び処理回数nをn+1とすることを実施せず、負圧ポンプ141の運転を継続する。ステップS6の処理が終了すると、ステップS7に移る。
In step S6, the fuel separation control start determination is made at the time of the first processing of this routine and the processing after the n-th fuel separation control end determination of step S8, the number of processings n is set to n + 1, and negative. The operation of the
ステップS7では、循環通路100を循環する燃料中の高オクタン価成分濃度が所定の閾値CL以上であるか否かを判別する。この判別がNOの場合には、今回の燃料分離が完了したものと判断し、ステップS8に移ってn回目燃料分離制御終了判定をしてステップS9に移る。この判別がYESの場合には、循環通路100を循環する燃料の分離中であるとしてステップS4に戻る。
In step S7, it is determined whether or not the high octane component concentration in the fuel circulating in the
ステップS9では、第2温度センサ126が検出する検出温度(循環通路100を循環する燃料の温度)が所定温度T3以上であるか否かを判別する。所定温度T3は、予め実験を行うことにより求められ、所定温度T2に比して低温であり、循環通路100内を循環する燃料の温度の沸点以下となる値に設定される。循環通路100内での燃料の循環中は、熱交換器11の下流にラジエータ16が配置されるため、ラジエータ出口温度が熱交換器出口温度よりも低下することが必然であるため、従来設けられていたラジエータ出口の温度センサを省略し、第2温度センサ126の検出温度を用いている。
この判別がYESの場合には、循環通路100内を循環する燃料温度の冷却制御が必要と判断し、ステップS10に移って燃料温度の冷却制御を開始する。この判別がNOの場合には、循環通路100内を循環する燃料温度の冷却制御が不要と判断し、ステップS11に移る。ここで、ステップS11に移る際、後述するステップS10の冷却制御を停止させる。
In step S9, it is determined whether or not the detected temperature detected by the second temperature sensor 126 (the temperature of the fuel circulating in the circulation passage 100) is equal to or higher than a predetermined temperature T3. The predetermined temperature T3 is obtained by conducting an experiment in advance, and is set to a value that is lower than the predetermined temperature T2 and equal to or lower than the boiling point of the temperature of the fuel circulating in the
If this determination is YES, it is determined that the cooling control of the fuel temperature circulating in the
ステップS10では、循環通路100内を循環する燃料温度が循環通路100から排出するのに適した低温になるように冷却制御を実施する。燃料温度の冷却制御は、ECU5により、冷却水の流量を制御する流量調整弁112を制御して熱交換器11による燃料の昇温を停止し、ラジエータ16の冷却ファン161を制御してラジエータ16によって燃料を冷却する。燃料温度の冷却制御方法としては、ECU5は、流量調整弁112を全閉して熱交換器11の発熱量を最小にするとともに冷却ファン161の回転数が最大の最大風量にしてラジエータ16の吸熱量を最大に制御する。これにより、循環通路100内を循環して温度調節される燃料は、主タンク10に満タンに貯留された量に比して少量であるため、分離に適した低温になり易く燃料温度を素早く冷却することができる。ステップS10の処理が終了すると、ステップS9に戻る。
In step S <b> 10, cooling control is performed so that the temperature of the fuel circulating in the
ステップS11では、入替開始を判定し、循環制御弁163を閉弁してバイパス通路162を遮断するとともに、負圧ポンプ141の運転を停止する。負圧ポンプ141の運転停止により分離器12が作動停止する。同時に、タイマーtを0にリセットしてスタートさせる。これにより、高圧燃料ポンプ103の運転が継続されることで、循環通路100内を循環していた低オクタン価燃料が低オクタン価燃料タンク17に供給される。また、主タンク10から第1燃料通路101へ混合燃料が供給される。ステップS11の処理が終了すると、ステップS12に移る。
In step S11, the start of replacement is determined, the
ステップS12では、タイマーtが所定の閾値t1以上であるか否かを判別する。閾値t1は、主タンク10内の混合燃料が、循環通路100内を循環していた低オクタン価燃料と入れ替わるのに要する時間に予め設定される。この判別がYESの場合には、燃料の入替えが完了したものと判断し、ステップS13に移って入替え・分離完了を判定し、一旦高圧燃料ポンプ103の運転を停止し、ステップS1に移る。この判別がNOの場合には、燃料の入替えがまだ完了していないものと判断し、ステップS12に戻る。
In step S12, it is determined whether or not the timer t is equal to or greater than a predetermined threshold value t1. The threshold value t1 is set in advance to the time required for the mixed fuel in the
以上の動作を繰り返すことで、燃料が少量ずつ分離され、高オクタン価燃料及び低オクタン価燃料が短時間で少量ずつ生成される。
また、高オクタン価燃料バッファタンク14内の高オクタン価燃料のオクタン価は、循環通路100内を燃料が循環するのに応じて経時で変動する。一方、分離サイクルごとの分離完了時における高オクタン価燃料バッファタンク14内の高オクタン価燃料のオクタン価は、常に安定している。したがって、安定したオクタン価の高オクタン価燃料が高オクタン価燃料タンク15に供給されるため、高オクタン価燃料タンク15内の高オクタン価燃料のオクタン価が安定化する。ひいては、エンジン2の吸気ポート30内に噴射される高オクタン価燃料のオクタン価も安定化する。
By repeating the above operation, the fuel is separated little by little, and high octane number fuel and low octane number fuel are produced little by little in a short time.
Further, the octane number of the high octane number fuel in the high octane number
なお、走行による低オクタン価成分量の消費が激しく、低オクタン価燃料の供給が追い付かない場合には、循環通路100内を循環する燃料の分離が完了する前に循環制御弁163を閉弁する。これにより、循環通路100内を循環していた燃料が低オクタン価燃料タンク17に供給される。完全には分離しきれなかった高オクタン価成分は、走行に消費されるが、従来のように分離前の混合燃料を走行に消費するよりは、高オクタン価成分の消費量が抑制される。
また、走行による低オクタン価成分の消費が少なく、低オクタン価燃料タンク17が一杯になった場合には、燃料の分離を停止する。あるいは、燃料の分離を継続しつつ、低オクタン価燃料タンク17からのオーバーフロー分を主タンク10に供給する。
Note that when the consumption of the low-octane component due to traveling is severe and the supply of low-octane fuel cannot catch up, the
In addition, when the low octane number fuel consumption due to traveling is small and the low octane
これにより、走行状況及び低オクタン価燃料、高オクタン価燃料の備蓄状況に応じて、上記動作を行うことで、混合燃料中の高オクタン価成分を効率良く分離できる。また、エンジン2に供給する高オクタン価燃料及び低オクタン価燃料のオクタン価を安定化でき、低オクタン価燃料タンク17、高オクタン価燃料バッファタンク14及び高オクタン価燃料タンク15の容量を小さくでき、システムを小型化できる。
Thereby, the high octane number component in the mixed fuel can be efficiently separated by performing the above operation according to the traveling state and the stocked state of the low octane number fuel and the high octane number fuel. Moreover, the octane number of the high octane fuel and the low octane fuel supplied to the
本実施形態によれば、以下の効果が奏される。 According to this embodiment, the following effects are produced.
本実施形態によると、ECU5は、ラジエータ16の冷却ファン161及び流量調整弁112を制御することにより循環通路100を流通する燃料の温度を調節する。即ち、循環通路100を流通する燃料を循環させて流量調整弁112の制御により温度を調節できる熱交換器11に供給して加熱する。そして、循環通路100を流通する加熱された燃料を循環させて高オクタン価燃料と低オクタン価燃料とに分離する。その後、循環通路100を流通する分離された燃料を循環させて制御されて温度を調整できるラジエータ16により冷却する。
ここで、循環通路100を流通する燃料量が主タンク10に満タンに貯留された燃料量の一部(少量)であるため、循環通路100を流通する燃料のヒートマスが小さく、循環通路100を流通する燃料の温度応答性が良好となる。このため、ECU5は、循環通路100を流通する燃料の温度を循環させることにより効率的に応答性良く調節できる。
したがって、分離前の燃料を分離に必要な温度に短時間で確実に昇温することができ、分離後の燃料を支障のない温度に短時間で確実に冷却することができる。また、分離時も分離効率がよい。
According to the present embodiment, the ECU 5 controls the temperature of the fuel flowing through the
Here, since the amount of fuel flowing through the
Therefore, it is possible to reliably raise the temperature of the fuel before separation to a temperature necessary for separation in a short time, and it is possible to reliably cool the fuel after separation to a temperature at which there is no problem. Also, the separation efficiency is good during separation.
循環通路100内には、熱交換器11及びラジエータ16が配置される。このため、循環通路100を流通する燃料の温度は熱交換器11の下流側で上昇しラジエータ16の下流側で低下し循環通路100内で一定ではない。本実施形態によると、ECU5は、循環通路100内の複数の異なる箇所での燃料の温度に基づいて、循環通路100を流通する燃料の温度を調節する。よって、ECU5は、循環通路100を流通する燃料の温度を的確に把握できる。このため、ECU5は、循環通路100を流通する燃料の温度をより効率的に応答性良く調節できる。
A
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良などは本発明に含まれる。
上記実施形態では、エタノールとガソリンの混合燃料の使用を想定したが、本発明はこれに限定されない。ガソリンに混合するアルコール成分としては、エタノールに限らずメタノールやブタノールなどでもよい。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and modifications, improvements, etc. within a scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
In the said embodiment, although the use of the mixed fuel of ethanol and gasoline was assumed, this invention is not limited to this. The alcohol component to be mixed with gasoline is not limited to ethanol, but may be methanol or butanol.
1…燃料分離システム
2…エンジン
5…ECU(温度調節手段)
10…主タンク
11…熱交換器
16…ラジエータ(冷却手段)
100…循環通路
101…第1燃料通路(燃料通路)
112…流量調整弁
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
100 ...
112 ... Flow control valve
Claims (2)
前記混合燃料を貯留する主タンクと、
前記主タンクから燃料通路を介して供給された前記混合燃料を高オクタン価燃料と低オクタン価燃料とに分離し、分離された低オクタン価燃料を、前記主タンクをバイパスして循環させる循環通路と、
前記循環通路の途中に設けられ、前記循環通路を流通する燃料と前記内燃機関を冷却する冷却媒体との間で熱交換させる熱交換器と、
前記熱交換器を流通する前記冷却媒体の流量を制御する流量調整弁と、
前記循環通路の途中に設けられ、前記循環通路を流通する燃料を冷却する冷却手段と、
前記流量調整弁又は前記冷却手段の少なくとも1つを制御することにより前記循環通路を流通する燃料の温度を調節する温度調節手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の燃料分離システム。 A fuel separation system for an internal combustion engine that separates a mixed fuel of alcohol and gasoline into a high-octane fuel having a higher octane number than the mixed fuel and a low-octane fuel having a lower octane number than the mixed fuel,
A main tank for storing the mixed fuel;
A circulation passage for separating the mixed fuel supplied from the main tank through a fuel passage into a high octane fuel and a low octane fuel, and circulating the separated low octane fuel by bypassing the main tank ;
A heat exchanger that is provided in the middle of the circulation passage and exchanges heat between the fuel flowing through the circulation passage and a cooling medium that cools the internal combustion engine;
A flow rate adjusting valve for controlling the flow rate of the cooling medium flowing through the heat exchanger;
A cooling means provided in the middle of the circulation passage for cooling the fuel flowing through the circulation passage;
A fuel separation system for an internal combustion engine, comprising: temperature adjusting means for adjusting a temperature of fuel flowing through the circulation passage by controlling at least one of the flow rate adjusting valve or the cooling means.
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