JPWO2010101293A1 - Fuel separator, engine using fuel separator and vehicle equipped with engine - Google Patents

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Abstract

分子量と沸点が互いにほぼ比例関係にある異なる燃料種の集合物である炭化水素燃料に対して、前記異なる燃料種のうち相対的に大きな分子量を持つ燃料種に比べ小さな分子量を持つとともに分子量が略同等の燃料種に比べて沸点が相対的に高い液状の高沸点物質が混入した混合燃料に振動エネルギーを与え、高沸点物質と、高沸点物質の分子量以下の燃料種である軽質燃料とを霧化する霧化装置と、霧化した軽質燃料と高沸点物質との混じったガスから高沸点物質のみを分離する高沸点物質分離装置とを備える。これにより、燃料を気化させるための大きな気化熱を与えることなく、沸点の低い燃料種やアルコールをアルコール混入ガソリンから分離することができる。Hydrocarbon fuel, which is a collection of different fuel types in which the molecular weight and boiling point are approximately proportional to each other, has a smaller molecular weight and a molecular weight substantially lower than those of the different fuel types having a relatively large molecular weight. Vibration energy is given to the mixed fuel mixed with a liquid high-boiling substance having a relatively high boiling point compared to the equivalent fuel type, and the high-boiling substance and light fuel that is a fuel type having a molecular weight lower than that of the high-boiling substance are fogged. And a high-boiling substance separation device that separates only the high-boiling substance from the gas mixed with the atomized light fuel and the high-boiling substance. Thereby, the fuel species and alcohol having a low boiling point can be separated from the alcohol-mixed gasoline without giving large vaporization heat for vaporizing the fuel.

Description

この発明は、燃料分離装置、燃料分離装置を用いたエンジン及びエンジン搭載車両に関する。   The present invention relates to a fuel separator, an engine using the fuel separator, and an engine-equipped vehicle.

液状の石油を超音波振動させ、超音波の振動エネルギーで気中に霧状微粒子として放出させ、この霧状微粒子から炭化水素混合物を回収することにより、回収される石油と、霧化しなかった残存石油とに分離する技術が、JP2006−77225Aに開示されている。   Liquid oil is ultrasonically vibrated and released as atomized fine particles in the air with ultrasonic vibration energy, and by recovering the hydrocarbon mixture from the atomized fine particles, the recovered oil and the remaining un atomized JP 2006-77225A discloses a technique for separating oil.

ところで、エタノールを混入したガソリンが給油されても、走行可能な車両の開発が進められている。この場合に問題となるのは、どんな混入率のエタノール混入ガソリンが給油されるのか予め知り得ないことである。従って、混入率が最大のエタノール混入ガソリンが給油されてもエンジンが始動可能であり走行可能となるようにする必要がある。
エタノールはガソリンよりも沸点が高いので、エタノールのみの場合、エンジンが始動し得ないという問題がある。このため、別に小量の始動用ガソリンを積んでいるものがあるほどである。つまり、エタノール混入ガソリンを用いるエンジンにおいては、低温始動性を向上させることが課題となっている。そこで考えられるのは、ガソリンは分子量の異なる燃料種の集合物である炭化水素燃料であるので、ガソリンが含まれている限り、分子量の小さな燃料種、つまり沸点の低い燃料種が存在する。従って、ガソリンから沸点の低い燃料種を取り出すことができれば、その取り出した沸点の低い燃料種を用いることで、冷間始動時でも良好に始動させることが可能となる。
分子量の異なる燃料種の集合物である炭化水素燃料から分子量の小さな燃料種を取り出す一般的方法は蒸留特性の違いを利用するものである。しかしながら、蒸留するには燃料を加熱して気化しなければならず、気化させるには大量の熱エネルギーが必要となるため、車載用エンジンとしては現実的でない。
本発明の目的は、上記特許文献1の技術をアルコール混入ガソリン(あるいはアルコール混入軽油)に応用し、燃料を気化させるための大きな気化熱を与えることなく、沸点の低い燃料種やアルコールをアルコール混入ガソリンから分離可能な装置を提供し、及び分離した沸点の低い燃料種やアルコールを運転条件に応じて使い分けるようにしたエンジンを提供することである。
この目的を達成するために、本発明による燃料分離装置は、分子量と沸点が互いにほぼ比例関係にある異なる燃料種の集合物である炭化水素燃料に対して、前記異なる燃料種のうち相対的に大きな分子量を持つ燃料種に比べ小さな分子量を持つとともに分子量が略同等の燃料種に比べて沸点が相対的に高い液状の高沸点物質が混入した混合燃料に例えば超音波のような振動エネルギーを与え、高沸点物質と、高沸点物質の分子量以下の燃料種である軽質燃料とを霧化する霧化装置と、霧化した軽質燃料と高沸点物質との混じったガスから高沸点物質のみを分離する高沸点物質分離装置とを備える。
この発明の詳細は、他の特徴及び利点と同様に、明細書の以降の記載の中で説明されるとともに、添付された図面に示される。
By the way, the development of a vehicle that can run even if gasoline mixed with ethanol is refueled. The problem in this case is that it is impossible to know in advance what mixing ratio of ethanol-mixed gasoline is supplied. Therefore, it is necessary that the engine can be started and can run even when gasoline with ethanol having the maximum mixing rate is supplied.
Since ethanol has a higher boiling point than gasoline, there is a problem that the engine cannot be started when ethanol alone is used. For this reason, only a small amount of starting gasoline is loaded. That is, in an engine using ethanol-mixed gasoline, improving the low-temperature startability is a problem. Therefore, since gasoline is a hydrocarbon fuel that is an aggregate of fuel species having different molecular weights, as long as gasoline is contained, there are fuel species having a low molecular weight, that is, fuel species having a low boiling point. Therefore, if a fuel type with a low boiling point can be extracted from gasoline, it is possible to start the fuel well even during cold start by using the extracted fuel type with a low boiling point.
A general method for extracting a fuel species having a low molecular weight from a hydrocarbon fuel, which is an aggregate of fuel species having different molecular weights, utilizes a difference in distillation characteristics. However, in order to distill, the fuel must be heated and vaporized, and in order to vaporize, a large amount of heat energy is required, which is not practical as an in-vehicle engine.
The object of the present invention is to apply the technique of Patent Document 1 to alcohol-mixed gasoline (or alcohol-mixed light oil), and mix fuel species and alcohol having a low boiling point with alcohol without giving large heat of vaporization to vaporize the fuel. An object of the present invention is to provide an apparatus that can be separated from gasoline, and an engine that uses separated fuel species and alcohol having a low boiling point depending on operating conditions.
In order to achieve this object, the fuel separator according to the present invention has a relative relationship among hydrocarbon fuels, which are aggregates of different fuel types having a molecular weight and a boiling point that are approximately proportional to each other. Applying vibrational energy such as ultrasonic waves to a mixed fuel mixed with a liquid high-boiling substance having a small molecular weight compared to a fuel type having a large molecular weight and a relatively high boiling point compared to a fuel type having a similar molecular weight An atomizer that atomizes high-boiling substances and light fuel, which is a fuel species with a molecular weight equal to or lower than that of high-boiling substances, and only high-boiling substances are separated from the gas mixture of atomized light fuel and high-boiling substances. And a high boiling point material separator.
The details of the invention, as well as other features and advantages, are set forth in the remainder of the specification and are shown in the accompanying drawings.

FIG.1は、ガソリンのみの場合の本発明の第1実施形態の燃料分離装置及び当該燃料分離装置を用いたエンジンの概略構成図である。
FIG.2は、混入率が小さなアルコール混入ガソリンの場合の本発明の第1実施形態の燃料分離装置及び当該燃料分離装置を用いたエンジンの概略構成図である。
FIG.3は、混入率が大きなアルコール混入ガソリンの場合の本発明の第1実施形態の燃料分離装置及び当該燃料分離装置を用いたエンジンの概略構成図である。
FIG.4は、第1実施形態のエンジンの概略図である。
FIG.5は、ガソリン及び高沸点物質の分子量と沸点に対する特性図である。
FIG.6は、ガソリンのみの場合の第2実施形態の燃料分離装置及び当該燃料分離装置を用いたエンジンの概略構成図である。
FIG.7は、混入率が小さなアルコール混入ガソリンの場合の第2実施形態の燃料分離装置及び当該燃料分離装置を用いたエンジンの概略構成図である。
FIG.8は、混入率が大きなアルコール混入ガソリンの場合の第2実施形態の燃料分離装置及び当該燃料分離装置を用いたエンジンの概略構成図である。
FIG.9は、第2実施形態のエンジンの概略図である。
FIG.10は、第2実施形態の運転領域図である。
FIG.11は、ガソリンのみの場合の第3実施形態の燃料分離装置及び当該燃料分離装置を用いたエンジンの概略構成図である。
FIG.12は、混入率が小さなアルコール混入ガソリンの場合の第3実施形態の燃料分離装置及び当該燃料分離装置を用いたエンジンの概略構成図である。
FIG.13は、混入率が大きなアルコール混入ガソリンの場合の第3実施形態の燃料分離装置及び当該燃料分離装置を用いたエンジンの概略構成図である。
FIG.14は、ガソリンのみの場合の第4実施形態の燃料分離装置及び当該燃料分離装置を用いたエンジンの概略構成図である。
FIG.15は、混入率が小さなアルコール混入ガソリンの場合の第4実施形態の燃料分離装置及び当該燃料分離装置を用いたエンジンの概略構成図である。
FIG.16は、混入率が大きなアルコール混入ガソリンの場合の第4実施形態の燃料分離装置及び当該燃料分離装置を用いたエンジンの概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel separator according to a first embodiment of the present invention in the case of only gasoline and an engine using the fuel separator.
FIG. FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the fuel separator according to the first embodiment of the present invention and an engine using the fuel separator in the case of alcohol-mixed gasoline with a low mixing rate.
FIG. FIG. 3 is a schematic configuration diagram of the fuel separator according to the first embodiment of the present invention and an engine using the fuel separator in the case of gasoline mixed with alcohol with a high mixing rate.
FIG. 4 is a schematic view of the engine of the first embodiment.
FIG. 5 is a characteristic diagram with respect to the molecular weight and boiling point of gasoline and high boiling point substances.
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a fuel separator according to a second embodiment in the case of gasoline only and an engine using the fuel separator.
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a fuel separator according to a second embodiment and an engine using the fuel separator in the case of alcohol-mixed gasoline having a small mixing rate.
FIG. FIG. 8 is a schematic configuration diagram of the fuel separator according to the second embodiment and an engine using the fuel separator in the case of gasoline mixed with alcohol having a high mixing rate.
FIG. 9 is a schematic view of the engine of the second embodiment.
FIG. 10 is an operation region diagram of the second embodiment.
FIG. 11 is a schematic configuration diagram of a fuel separator according to a third embodiment in the case of gasoline only and an engine using the fuel separator.
FIG. 12 is a schematic configuration diagram of a fuel separation device according to a third embodiment and an engine using the fuel separation device in the case of alcohol-mixed gasoline having a small mixing rate.
FIG. 13 is a schematic configuration diagram of a fuel separator according to a third embodiment and an engine using the fuel separator in the case of gasoline mixed with alcohol with a high mixing rate.
FIG. 14 is a schematic configuration diagram of a fuel separator according to a fourth embodiment in the case of only gasoline and an engine using the fuel separator.
FIG. 15 is a schematic configuration diagram of a fuel separation device according to a fourth embodiment and an engine using the fuel separation device in the case of alcohol-mixed gasoline having a small mixing rate.
FIG. 16 is a schematic configuration diagram of a fuel separator according to a fourth embodiment and an engine using the fuel separator in the case of gasoline mixed with alcohol having a high mixing rate.

以下では図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
(第1実施形態)
FIG.1〜FIG.3は本発明の第1実施形態の燃料分離装置及び当該燃料分離装置を用いたエンジンの概略構成図、FIG.4は第1実施形態のエンジンの概略構成図である。FIG.1〜FIG.3の違いはアルコール混入率の相違にある。すなわち、FIG.1はアルコールが混入されていないガソリンのみの場合を、FIG.2は混入率の小さな(アルコール混入率が相対的に小さな)アルコール混入ガソリンの場合を、FIG.3は混入率の大きい(アルコール混入率が相対的に大きな)アルコール混入ガソリンの場合を示している。
FIG.4に示したように、エンジン1は火花点火エンジンである。すなわち、燃料噴射弁2から吸気ポート3に向けて所定の時期に噴射された燃料は、空気に運ばれて燃焼室4内に供給され、燃焼室4内で混合気を形成する。この混合気に所定の時期に点火プラグ5により着火して燃焼させる。燃焼するガスはピストン5を押し下げる仕事を行い、燃焼後のガスは排気ポート6より排出される。
燃料タンク内11のガソリンは、供給ポンプ12により、第1タンク13に圧送され、第1タンク13ではガソリンを貯留する。
第1タンク内13には所定の液面レベルまでガソリンが満たされるように供給ポンプ12の駆動が制御される。この液面レベルより下、つまり液中に超音波波振動子14(霧化装置)を備える。超音波振動子14は分子数の異なる燃料種の集合物であるガソリンの中から分子量が小さな燃料種やエタノール、メタノール、水などの高沸点物質を霧化することができる。
FIG.5はガソリン及び高沸点物質についての特性図である。ガソリンを構成する各種の燃料種の分子量と沸点との間には強い相関があることがわかる。すなわち、燃料種の分子量が大きくなるほど沸点が高くなっていて、分子量を沸点が互いにほぼ比例関係にある異なる燃料種の集合物である炭化水素燃料の一例である。一方、メタノールやエタノールといったアルコールは、異なる燃料種のうち相対的に大きな分子量を持つ燃料種に比べ小さな分子量を持つとともに、分子量が略同等の燃料種に比べて沸点が相対的に高く、ガソリンの燃料種とは外れたところに位置している。このため、アルコールの分子量と同等の燃料種及びアルコールの分子量以下の燃料種(このアルコールの分子量と同等の燃料種及びアルコールの分子量以下の燃料種を、以下「軽質燃料」という。)とが霧化するように超音波振動子14に与える出力、超音波振動子14の振幅を定めることで、アルコール及び軽質燃料を霧化することができる。以下ではアルコールがエタノールの場合で説明する。
霧化したアルコール及び軽質燃料は燃料分離装置15によってアルコールと軽質燃料とに分離される。すなわち、燃料分離装置15は、主に冷却装置17(高沸点物質分離装置)、第2タンク18、ポンプ19(凝縮手段)、第3タンク20からなっている。
霧化した軽質燃料とアルコールとの混じったガスを配管16を介して冷却装置17に導いて冷却する。冷却装置17は気体状のアルコールを液化するためのものである。すなわち、アルコールの沸点は70℃〜80℃であるので、冷媒温度をこのアルコールの沸点より低い温度(例えば50℃程度)とすることで、アルコールと軽質燃料との混合ガスのうちからアルコールのみが凝縮して液化する。冷却により液化したアルコールは第2タンク18に貯留する。このとき、冷却装置17ではなく、加圧して凝縮させても同じ効果が得られる。
液化しなかった軽質燃料はポンプ19により第3タンク20に圧送する。さらにポンプ19により第3タンク20内を所定の圧力まで高めて気体状の軽質燃料を凝縮し液化させる。気体状の軽質燃料を液化させる理由は、燃料噴射弁2には液状の燃料を供給することを前提としているので、軽質燃料を気体状のまま燃料噴射弁2に供給することはできないためである。従って、第3タンク20内を所定の圧力まで高めても凝縮して液化しない軽質燃料はリターン配管22を介して第1タンク13に戻す。リターン配管22には逆止弁23を設けておく。
この結果、ガソリンのみの場合には、FIG.1に示したように、第2タンク18内は空で、第3タンク20に液状の軽質燃料が貯留される。混入率の小さなアルコール混入ガソリンの場合には、FIG.2に示したように、第2タンク18に液状のアルコールが、第3タンク20に液状の軽質燃料が貯留される。
一方、混入率の大きなアルコール混入ガソリンの場合には、FIG.3に示したように、ガソリンのみの場合と同じに第2タンク18は空となる。これは、アルコールの性質による。すなわち、混入率の小さなアルコール混入ガソリンの場合にはアルコールはガソリン中に分子の状態で散らばって存在し、超音波振動により霧化するのであるが、アルコールの混入率が大きくなってゆくと、アルコール分子が過密状態となり、やがてアルコール分子とアルコール分子とがくっついてあるいはからみついて、いわゆるクラスターを形成する状態へと至る。そして、アルコールがクラスター状態になると、クラスター全体の分子量が大きくなり超音波振動によっては霧化しなくなるのである。このように、混入率の大きなアルコール混入ガソリンとしては、アルコールがクラスター状態になるほどの混入率であるアルコール混入ガソリンを考えている。アルコールがクラスター状態になる最低の混入率(この最低の混入率を「クラスター発生混入率」という。)は予め求めておく。さらに述べると、アルコール混入率がクラスター発生混入率以上であるアルコール混入ガソリンは、一部にガソリンが含まれているものの、全体としてアルコールのみの燃料に近いものとなる。すなわち、第1のタンク13内はクラスター化してアルコールのみまたはさらに高いアルコール混入率となる。
このように、ガソリンのみの場合には元の燃料と軽質燃料とに、混入率の小さなアルコール混入ガソリンの場合には元の燃料とアルコールと軽質燃料とに、混入率の大きなアルコール混入ガソリンの場合には元の燃料と軽質燃料とに分離される。こうして分離した燃料を運転条件に応じて使い分けるため燃料選択手段25を備える。
エンジンコントローラ31では、燃料供給ポンプ12、超音波振動子14、冷却装置17、ポンプ19を駆動して上記のように燃料分離を行わせる。また、エンジンコントローラ31ではエンジン負荷センサ32により検出されるエンジン負荷、エンジン回転速度センサ33により検出されるエンジン回転速度、水温センサ34により検出される水温に基づいて冷間始動時にあるのか、始動終了後の低負荷域にあるのか、それとも中高負荷域にあるのかといった運転条件を検出すると共に、アルコール混入率センサ35により検出されるアルコール混入率(=アルコール濃度)に基づいて、ガソリンのみの場合、混入率の小さなアルコール混入ガソリンの場合、混入率の大きなアルコール混入ガソリンの場合のいずれの場合であるのかを判定し、これら運転条件と判定結果とに基づいて、燃料選択手段25を介しいずれかの燃料を選択させる。
具体的には、アルコール混入率センサ35により検出されるアルコール混入率がゼロ、つまりガソリンのみの場合であると判定される場合には、元の燃料であるガソリンと、低沸点成分の軽質燃料とに分離されるため、燃料選択手段25に指令して低温始動時に軽質燃料を、始動後の通常運転時に元の燃料を燃料噴射弁2(燃料供給手段)に供給する。
アルコール混入率が上記のクラスター発生混入率未満、つまり混入率の小さなアルコール混入ガソリンであると判定される場合には、元の燃料と、アルコールと、軽質燃料との3つの燃料に分離されるため、燃料選択手段25に指令して低温始動時に軽質燃料を、高負荷域でエタノールを、それ以外の運転域(低中負荷域)で元の燃料を燃料噴射弁2に供給する。高負荷域でエタノールを供給するのは、エタノールは沸点が高い、つまり高オクタン価燃料のように働くため、ガソリンの場合より点火時期を進角させることが可能となり高出力化できるためである。
アルコール混入率が上記のクラスター発生混入率以上、つまり混入率の大きなアルコール混入ガソリンであると判定される場合には、元の燃料と、低沸点成分の軽質燃料とに分離される。この場合、元の燃料自体はアルコールのみの燃料に近いものとなっている。このため、燃料選択手段25に指令して低温始動時に軽質燃料を、始動後の通常運転時に元の燃料を燃料噴射弁2に供給する。すなわち、混合燃料のアルコール混入率が相対的に高い場合に、第1タンク13に貯留されている燃料が、エンジンの運転条件が高負荷域である場合に選択される。
ここで、本実施形態の作用効果を説明する。まず、超音波振動子14、冷却装置17(高沸点物質分離装置)からなる燃料分離装置の作用効果を先に説明し、その後に当該燃料分離装置を用いたエンジンの作用効果を説明する。
まず、燃料分離装置の作用効果は次の通りである。
本実施形態によれば、ガソリン(分子量と沸点が互いにほぼ比例関係にある異なる燃料種の集合物である炭化水素燃料)に対して、アルコール(前記異なる燃料種のうち相対的に大きな分子量を持つ燃料種に比べ小さな分子量を持つとともに分子量が略同等の燃料種に比べて沸点が相対的に高い液状の高沸点物質)が混入したアルコール混入ガソリン(混合燃料)に振動エネルギーを与え、アルコールと、軽質燃料(アルコールの分子量と同等の燃料種及びアルコールの分子量以下の燃料種)とを霧化する霧化装置(14)と、霧化した軽質燃料とアルコールとの混じったガスからアルコールのみを分離する冷却装置17(高沸点物質分離装置)とを備えるので、燃料を気化させるための大きな気化熱を与えることなく、ガソリンから軽質燃料とアルコールを分離させることができる。
本実施形態によれば、アルコール混入ガソリン(混合燃料)を貯留する第1タンク13内に霧化装置としての超音波振動子14を備え、炭化水素燃料はガソリン、高沸点物質はエタノールであり、エタノールと軽質燃料とが霧化するように、超音波振動子14の発生する超音波の出力及び超音波の振幅を定めるので、燃料を気化させるための大きな気化熱を与えることなく、ガソリンから軽質燃料とエタノールを分離させることができる。
アルコールを気体状で扱うには大きな容積が必要となり扱いにくいのであるが、本実施形態によれば、高沸点物質分離装置は冷却装置17であり、霧化した軽質燃料とアルコールとの混じったガスをこの冷却装置17を用いてアルコールの沸点以下に冷却することにより、アルコールを液状にして分離し第2タンク18に貯留するので、アルコールを扱いやすいものとすることができる。
軽質燃料を気体状で扱うには大きな容積が必要となり扱いにくいのであるが、本実施形態によれば、アルコールが分離されて残ったガスからポンプ19(凝縮手段)を用いて軽質燃料を液化し第3タンク20に貯溜するので、軽質燃料を扱いやすいものとすることができる。
次に、当該燃料分離装置を用いたエンジンの作用効果は次の通りである。
本実施形態によれば、前述した燃料分離装置を備えるエンジンであって、霧化しないで残存するアルコール混入ガソリンと、分離されたアルコールと、アルコールが分離された後の軽質燃料とのいずれかの燃料を任意に選択し得る燃料選択手段25と、運転条件に応じていずれの燃料を選択するのかを燃料選択手段25に指令するエンジンコントローラ31(指令手段)と、この指令に応じて燃料選択手段25により選択されたいずれかの燃料をエンジンに供給する燃料噴射弁2(燃料供給手段)とを備えるので、燃料を気化させるための大きな気化熱を与えることなく、ガソリンから軽質燃料とアルコールを分離させることができることから、低温始動時に軽質燃料を用いることで、ガソリンに対して、分子量が略同等でありながら沸点が相対的に高い液状のアルコールが混入したアルコール混入ガソリンを用いるエンジンにおいても低温始動時を向上させることができる。
本実施形態によれば、アルコール混入ガソリン(混合燃料)を貯留する第1タンク13内に霧化装置としての超音波振動子14を備え、炭化水素燃料はガソリン、高沸点物質はアルコールであり、アルコールと軽質燃料とが霧化するように、超音波振動子14の発生する超音波の出力及び超音波の振幅を定めるので、アルコール混入ガソリンを用いるエンジンにおいても、軽質燃料を用いることが可能であり良好な低温始動性を得ることができる。
アルコールを気体状で扱うには大きな容積が必要となり扱いにくいのであるが、本実施形態によれば、高沸点物質分離装置は冷却装置17であり、霧化した軽質燃料とアルコールとの混じったガスをこの冷却装置17を用いてアルコールの沸点以下に冷却することにより、アルコールを液状にして分離し第2タンク18に貯留するので、アルコールを扱いやすいものとすることができる。
軽質燃料を気体状で扱うには大きな容積が必要となり扱いにくいのであるが、本実施形態によれば、アルコールが分離されて残ったガスからポンプ19(凝縮手段)を用いて軽質燃料を液化し第3タンク20に貯溜するので、軽質燃料を扱いやすいものとすることができる。
本実施形態によれば、運転条件が低温始動時である場合に燃料選択手段25は第3タンク20に貯留されている軽質燃料を選択するので、アルコールの混入率が大きなアルコール混入ガソリンを用いる場合であっても、良好な低温始動性が得られる。
本実施形態によれば、運転条件が高負荷域である場合に燃料選択手段25は第2タンク18に貯留されているアルコールを選択する。アルコールは沸点が高く、その分ノッキングが生じにくいことから、ガソリンのみを用いるエンジンの場合よりも点火時期を進めることができ、出力が向上する。
本実施形態によれば、アルコールはエタノールであるので、バイオエタノールが混入されたガソリンであっても、良好な低温始動性を得ることができる。
(第2実施形態)
FIG.6〜FIG.8は本発明の第2実施形態の燃料分離装置及び当該燃料分離装置を用いたエンジンの概略構成図、FIG.9は第2実施形態のエンジンの概略構成図で、FIG.6〜FIG.9はそれぞれ第1実施形態のFIG.1〜FIG.4と置き換わるものである。すなわち、FIG.6はアルコールが混入されていないガソリンのみである場合を、FIG.7は混入率が小さなアルコール混入ガソリンの場合を、FIG.8は混入率が大きなアルコール混入ガソリンの場合を示している。
第2実施形態は、アルコールをさらに水素ガスと低オクタン価燃料とに改質する燃料改質装置45を備えるものである。この場合、混入率の小さなアルコール混入ガソリンの場合に第2タンク18にアルコールが貯留され、混入率の大きなアルコール混入ガソリンの場合に第1タンク13にアルコールが存在するので、いずれかのアルコールを用いることができる。このため、第1タンク13内の燃料を燃料改質装置45に導く第1配管41と、第2タンク18内の燃料を燃料改質装置45に導く第2配管42とが設けられ、2つの各配管41、42に常閉の第1開閉弁43、第2開閉弁44がそれぞれ介装されている。エンジンコントローラ31では、第1開閉弁43を全閉状態としたまま第2開閉弁44を開くか、または第2開閉弁44を全閉状態としたまま第1開閉弁43を開くことで、第2タンク18内の燃料と第1タンク13内の燃料とのいずれかを選択的に燃料改質装置45に導くことができる。
さて、ガソリンのみの場合にはアルコールは分離されないので、2つの開閉弁43、44とも全閉状態に保つ。このとき、第2燃料選択手段46の選択し得る燃料は、FIG.6に示したように元の燃料と、軽質燃料の2つである。従って、エンジンコントローラ31では、第2燃料選択手段46に指令して、低温始動時に軽質燃料を、始動後の通常運転時に元の燃料をそれぞれ選択して燃料噴射弁2に供給する。
混入率の小さなアルコール混入ガソリンの場合には、第1開閉弁43は全閉状態のまま第2開閉弁44を開き、第2タンク18に貯留している液状のアルコールの一部を燃料改質装置45に導き、低オクタン価燃料と水素ガスあるいは水素ガスを含んだ燃料とに変換する。この結果、第2燃料選択手段46の選択し得る燃料は、FIG.7に示したように元の燃料と、アルコールと、軽質燃料と、低オクタン価燃料と、水素ガスの5つになる。エンジンコントローラ31では、第2燃料選択手段46に指令して、元の燃料を中負荷域で、アルコールを高負荷域で、軽質燃料を低温始動時に、低オクタン価燃料及び水素ガスを低負荷域で燃料噴射弁2、47に供給する。
ここでは、水素ガスをエンジンに供給するため気体燃料用の燃料噴射弁47を、液体燃料用の燃料噴射弁2とは別に設けており、水素ガスのみが燃料噴射弁47より、他の液体燃料は燃料噴射弁2よりエンジン1に供給される。
混入率の大きなアルコール混入ガソリンの場合には、第2開閉弁44は全閉状態のまま第1開閉弁43を開き、第1タンク13に貯留している液状のアルコールの一部を燃料改質装置45に導き、低オクタン価燃料と水素ガスあるいは水素ガスを含んだ燃料に変換する。この結果、第2燃料選択手段46の選択し得る燃料は、FIG.8に示したように元の燃料(アルコールのみの燃料と同等の性質を有する)と、軽質燃料と、低オクタン価燃料と、水素ガスの4つになる。エンジンコントローラ31では、第2燃料選択手段46に指令して、元の燃料を中高負荷域で、軽質燃料を低温始動時に、低オクタン価燃料及び水素ガスを低負荷域で燃料噴射弁2、47に供給する。ここでも、水素ガスのみが燃料噴射弁47より、他の液体燃料は燃料噴射弁2よりエンジン1に供給される。すなわち、低負荷域に限っては第2燃料選択手段46により、単独の燃料でなく、低オクタン価燃料及び水素ガスの2つの燃料を選択させている。これは後述するように、低負荷域で予混合圧縮自己着火燃焼を行わせるためである。
FIG.9に示したように、主燃焼室51の天井に副燃焼室52が設けられ、副燃焼室52と主燃焼室51とは複数の孔53で連通している。点火プラグ5は、副燃焼室52に臨んで設けられ、副燃焼室52に水素ガス供給孔54と連通する通路55が設けられている。水素ガス供給孔54には第2燃料選択手段46により水素ガスが供給される。そして、水素ガス供給孔54に気体燃料用の燃料噴射弁47が設けられている。
FIG.10は第2実施形態の運転領域図で、予混合圧縮自己着火燃焼領域である低負荷域と、火花点火燃焼領域である中高負荷域との2つに大きく分かれ、このうち中高負荷域で火花点火による燃焼を行わせる点は第1実施形態と同じである。
一方、低負荷域では、点火プラグ5は用いず、低オクタン価燃料及び水素ガスを用いて予混合圧縮自己着火燃焼(HCCI)を行わせる。例えば、吸気行程で燃料噴射弁2から低オクタン価燃料を噴射供給する。燃料噴射弁2からの低オクタン価燃料は主燃焼室51内に良好な予混合気を形成する。これに対して、圧縮行程の適切な時期に燃料噴射弁47から水素ガス(あるいは水素ガスを含んだ燃料)を噴射供給すると、水素ガスは通路55から副燃焼室52に入り噴孔53から主燃焼室51に噴き出し、主燃焼室51内に広がり(FIG.9参照)、望みの当量比の予混合気を生成することができる。低オクタン価燃料及び水素ガスは着火性が高い(着火しやすい)ので、低負荷域でも圧縮自己着火により容易に燃焼する。
さらに、混入率の大きなアルコール混入ガソリンの場合には、燃料改質装置45により得られた水素ガスを用いて第1タンク13に貯留されているガソリンの一部を水素添加技術を用いてオクタン価の低い低オクタン価燃料に変換することが考えられる。これによって、予混合圧縮自己着火燃焼を行わせるための低オクタン価燃料を増やすことができる。
第2実施形態によれば、第2タンク18に貯留されているアルコールを燃料改質装置45を用いてオクタン価の低い燃料と水素ガスとに変換するので、混入率が小さなアルコール混入ガソリンの場合に、予混合圧縮自己着火燃焼を行わせるための燃料を得ることができる。
第2実施形態によれば、アルコールの混入率が相対的に大きくて超音波振動子14によりアルコールが霧化されない場合に、第1タンク13に貯留されているアルコール混入ガソリン(燃料)の一部を燃料改質装置45を用いて水素ガスを含む燃料に変換するので、混入率が大きなアルコール混入ガソリンの場合にも、予混合圧縮自己着火燃焼を行わせるための燃料を得ることができる。
第2実施形態によれば、第1実施形態の燃料選択手段25、エンジンコントローラ31(指令手段)及び燃料噴射弁2(燃料供給手段)に代えて、2つの燃料を選択し得る第2燃料選択手段46と、低負荷域である場合に低オクタン価燃料及び水素ガスの2つの燃料を選択することを第2燃料選択手段46に指令するエンジンコントローラ31(第2指令手段)と、第2燃料選択手段46により選択された低オクタン価燃料をエンジン1に供給する液体燃料用の燃料噴射弁2と、第2燃料選択手段46により選択された水素ガスをエンジン1に供給する気体燃料用の燃料噴射弁47とを備えるので、予混合圧縮自己着火燃焼を行わせることができる。
第2実施形態によれば、アルコールの混入率が相対的に小さくて超音波振動子14によりアルコールが霧化される場合に第2タンク18に貯留されているアルコールを、またアルコールの混入率が相対的に大きくて超音波振動子14によりアルコールが霧化されない場合に第1タンク13に貯留されている燃料をそれぞれ燃料改質装置45を用いて水素ガスを含む燃料に変換するので、超音波振動子14によりアルコールが霧化されるか否かに関係なく、予混合圧縮自己着火燃焼を行わせるための燃料を得ることができる。
実施形態では、高沸点物質がエタノールの場合で述べたが、高沸点物質がメタノールや水である場合にも本発明を適用することができる。また、分子量の異なる燃料種の集合物である炭化水素燃料がガソリンである場合で述べたが、軽油の場合にも本発明を適用することができる。
ガソリンのみの場合や混入率の大きなアルコール混入ガソリンである場合には超音波振動子14によりアルコールが霧化されないので、アルコールが霧化されない場合にも冷却装置17(高沸点物質分離装置)を作動させることは無駄である。そこで、超音波振動子14によりアルコールが霧化されない場合に冷却装置17の作動を停止することで、冷却装置17を無駄に作動させることを防ぐことができる。
エンジンが車両に搭載される場合に、高負荷域でアルコールを用いることは出力向上となり好ましいのであるが、高負荷運転の頻度が少ないときにはアルコールを液状にして第2タンク18に貯留しておくことは無駄となる。アルコールを液状にするため冷却装置17を作動させているので、アルコールを使用しないのであれば冷却装置17の作動を停止することができる。そこで、車両の走行履歴を記憶させ、その記憶させた走行履歴に基づいて高負荷運転の頻度が少ないときに、冷却装置17の作動を制限する(例えば冷却装置17を作動させる頻度を低くする)ことで、用いられないアルコールを無駄に作ることを省略できる。
低温始動時に軽質燃料が第2タンク18内に貯留されていなければ、良好な低温始動性を得ることができないのであるが、エンジンの停止時にも超音波振動子14及び冷却装置17(高沸点物質分離装置)を作動させておくことで、低温始動時に軽質燃料を準備しておくことができる。
プラグからの充電機能を持つプラグインハイブリッド車両にエンジンが搭載される場合に、冷間状態でエンジンを始動させたいときに軽質燃料が第2タンク18内に貯留されていなければ、良好な低温始動性を得ることができないのであるが、充電時に超音波振動子14及び冷却装置17(高沸点物質分離装置)を作動させておくことで、低温始動時であっても、第2タンク18内に軽質燃料が存在することになり、良好な低温始動性を得ることができる。
(第3実施形態)
FIG.11〜FIG.13は第3実施形態の燃料分離装置及び当該燃料分離装置を用いたエンジンの概略構成図で、第1実施形態のFIG.1〜FIG.3と置き換わるものである。FIG.11〜FIG.13の違いはアルコール混入率の相違にある。すなわち、FIG.11はアルコールが混入されていないガソリンのみの場合を、FIG.12は混入率の小さな(アルコール混入率が相対的に小さな)アルコール混入ガソリンの場合を、FIG.13は混入率の大きい(アルコール混入率が相対的に大きな)アルコール混入ガソリンの場合を示している。なお、FIG.11〜FIG.13においてFIG.1〜FIG.3と同一部分には同一番号を付している。
第3実施形態は、高価な超音波振動子に代えて超音波振動子よりも安価な燃料噴射弁61(霧化装置)を用いるものである。すなわち、燃料タンク内11のガソリンは、供給ポンプ12により、燃料噴射弁61に圧送される。燃料噴射弁61はガソリンを、ガソリンと空気との間で生じる振動によって振動エネルギーを与えて微粒化させるものである。図示の燃料噴射弁61は、高圧の燃料と外部の空気との間で振動を起こさせて微粒化するタイプである。燃料噴射弁61はガソリンと高圧の空気との間で微粒化するエアアシストタイプであってもかまわない。
燃料噴射弁61により霧化されるガソリンには、アルコール、軽質燃料、これら2つを除いた残りの燃料種(この残りの燃料種を以下「重質燃料」という。)が含まれる。軽質燃料は、上記のようにアルコールの分子量と同等の燃料種及びアルコールの分子量以下の燃料種であるから、重質燃料とは、アルコールの分子量より大きな分子量の燃料種のことである。つまり、燃料噴射弁61は、軽質燃料、アルコール、重質燃料の3つの燃料を霧化することができる。さらに述べると、第1実施形態の超音波振動子14は、アルコールと軽質燃料とを少なくとも霧化する霧化装置として機能するものであったが、燃料噴射弁61は、アルコール及び軽質燃料に加えて、重質燃料をも霧化する霧化装置として機能する。
燃料分離装置63は、主に燃料噴射弁61、サイクロン分離装置64、第1タンク13、第2タンク18、ポンプ19(凝縮手段)、第3タンク20、ポンプ82、加圧容器83(高沸点物質分離装置)、加圧容器84(凝縮手段)からなっている。このうち霧化装置は、燃料噴射弁61と、燃料噴霧の分子量(炭化水素燃料の燃料種およびアルコールのクラスターの分子量)の大きさによって燃料を分級する分級装置としてのサイクロン分離装置64と、ポンプ82とから構成される。
サイクロン分離装置64は、遠心力により、燃料噴射弁61により霧化された軽質燃料、アルコール、重質燃料の3つの燃料噴霧の中から燃料噴霧の分子量の大きさにより2種類の燃料噴霧に、つまり軽質燃料及びアルコールの燃料噴霧と、重質燃料の燃料噴霧とに分級するものである。燃料噴霧の分子量(炭化水素燃料の燃料種およびアルコールのクラスターの分子量)の大きさは燃料噴霧の液滴径と相関が強いため、サイクロン分離装置64の、液滴径の大きさによる分級によって、上述のように燃料が分級される。
サイクロン分離装置64には、円錐形状のコーン65が小径側を鉛直下方に大径側を鉛直上方に向けて、図示しない架台に据え付けられている。コーン65は天井壁66と側壁67、68とで空間を区切り、これらで内部に渦室69を形成している。側壁67、68は、さらに傾斜角度が相対的に大きな上部側壁67と、傾斜角度が相対的に小さな下部側壁68とから構成されている。図示の傾斜角度に限定されるものでない。また、2つの異なる傾斜角度とすることにも限定されない。
下部側壁68の下端には排出孔70が開口している。この排出口70は通路71を介して第1タンク13と連通する。
コーン65の中心軸上には、直管状のオーバーフロー管73が設けられている。オーバーフロー管73はその下端73aが下部側壁下端の排出孔70から鉛直上方に少し離れて開口している。また、オーバーフロー管73の上端は天井壁66を貫通してコーン65の外部に突出している。
上部側壁65には、渦室69に臨んで燃料噴射弁61を取り付けている。燃料噴射弁61のノズル先端は、上部側壁67の内面67aに向かって燃料が噴かれるように適切な角度に調整される。ノズル先端から渦室69に向かって水平方向に噴射された燃料噴霧は、渦室69内に生じる空気のガス流動に乗って旋回する。すなわち、燃料噴霧は、上部側壁67の内面67aに浅い角度で衝突し遠心力の作用を受けながら周囲の空気との混合ガスを作り、螺旋状の渦巻き状態で渦室69内を下降してゆく(矢印参照)。
渦室69に噴射された燃料噴霧には、軽質燃料、アルコール、重質燃料の3種類の燃料噴霧が混在している。このうち、分子量が大きな重質燃料の燃料噴霧は遠心力によって外側に向かって浮遊し上部側壁67の内面67aに衝突して付着し、液状となって内面67aを下方に向けて滴り落ち、排出孔70から出て第1タンク14に溜まる。
一方、分子量が小さな軽質燃料の燃料噴霧及びアルコールの燃料噴霧は、ガス化しつつ渦室69内を旋回しながら遠心力に逆らってコーン65の中心部へ押しやられ、オーバーフロー管73の周囲を旋回しつつ下方に向かう。オーバーフロー管73の上端と接続される通路81にはポンプ82を備えている。このポンプ82を駆動することでオーバフロー管73内が大気圧よりも低い圧力となる。このため、分子量が小さな軽質燃料及びアルコールの混合ガスは、オーバーフロー管73の下端73aからオーバーフロー管73の内部に吸い込まれて上昇しコーン65の外部へと排出される。
通路81に導かれた軽質燃料及びアルコールの混合ガスはポンプ82により加圧して加圧容器(低圧)83に供給する。所定圧まで加圧された混合ガスの中からアルコールが先に液化するので、液化したアルコールを第2タンク18に貯留する。第1実施形態と同様に、冷却装置を設けてアルコールを液化し、液化したアルコールを第2タンク18に貯留するようにしてもかまわない。
液化しなかった軽質燃料のガスはポンプ19により加圧容器(低圧)84に圧送する。ポンプ19により加圧容器84内を所定の圧力まで高めて気体状の軽質燃料を凝縮し液化させる。液化した軽質燃料は第3タンク20に貯留する。軽質燃料は吸着剤を使って吸着させておいてもよい。加圧容器84内を所定の圧力まで高めても凝縮して液化しない軽質燃料はリターン配管22を介してサイクロン分離装置64に戻す。リターン配管22には逆止弁23を設けておく。
この結果、ガソリンのみの場合には、FIG.11に示したように、第2タンク18内は空で、第3タンク20に液状の軽質燃料が貯留される。混入率の小さなアルコール混入ガソリンの場合には、FIG.12に示したように、第2タンク18に液状のアルコールが、第3タンク20に液状の軽質燃料が貯留される。混入率の大きなアルコール混入ガソリンの場合には、FIG.13に示したように、第1タンク13にクラスター状態のアルコールが貯留され、第2タンク18内は空で、第3タンク20に液状の軽質燃料が貯留される。これは、アルコールがクラスター状態になると、クラスター全体の分子量が大きくなるため、クラスター状態のアルコールは重質燃料と同じ挙動をすることになるためである。すなわち、クラスター状態のアルコールの燃料噴霧は分子量が大きいために、遠心力によって外側に向かって浮遊し上部側壁67の内面67aに衝突して付着する。液状となったクラスター状態のアルコールは、上部側壁67の内面67aを下方に向けて滴り落ち、排出孔70から出て第1タンク14に溜まる。
このように、ガソリンのみの場合には重質燃料と軽質燃料とに、混入率の小さなアルコール混入ガソリンの場合には重質燃料とアルコールと軽質燃料とに、混入率の大きなアルコール混入ガソリンの場合にはアルコールと軽質燃料とに分離される。こうして分離した燃料を運転条件に応じて使い分けるため燃料選択手段25を備える。
エンジンコントローラ31では、燃料供給ポンプ12、燃料噴射弁61、ポンプ19、82を駆動して上記のように燃料分離を行わせる。また、エンジンコントローラ31ではエンジン負荷センサ32により検出されるエンジン負荷、エンジン回転速度センサ33により検出されるエンジン回転速度、水温センサ34により検出される水温に基づいて冷間始動時にあるのか、始動終了後の低負荷域にあるのか、それとも中高負荷域にあるのかといった運転条件を検出すると共に、アルコール混入率センサ35により検出されるアルコール混入率(=アルコール濃度)に基づいて、ガソリンのみの場合、混入率の小さなアルコール混入ガソリンの場合、混入率の大きなアルコール混入ガソリンの場合のいずれの場合であるのかを判定し、これら運転条件と判定結果とに基づいて、燃料選択手段25を介しいずれかの燃料を選択させる。具体的な燃料の選択方法は第1実施形態と同じであるので、説明は省略する。
なお、軽質燃料及びアルコールをサイクロン分離装置64から通路81へと導き易くするため、所定のガスをサイクロン分離装置64に導入してもよい。例えば、エンジンの排気が不活性ガスとして入手し易く、好適である。加圧容器83、84を通過したガスはリターン配管22を介してサイクロン分離装置64に導入することで、再利用できる。また、燃料を分級する分級装置を構成するサイクロン分離装置64の代わりに、デミスター、フィルターなどを用いることもできる。
このように、第3実施形態によっても、第1実施形態と同様に燃料を気化させるための大きな気化熱を与えることなく、ガソリンから軽質燃料とアルコールを分離させることができるという作用効果が得られる。しかも、極めてシンプルかつ安価であり、特に車両に搭載されるエンジンにとって汎用性の高い構成(部品)により、霧化装置(ならびに分級装置)を実現することができる。
第3実施形態によれば、霧化装置は、アルコール(高沸点物質)の分子量を超える燃料種である重質燃料をも霧化する燃料噴射弁61と、この燃料噴射弁61からの燃料噴霧を受け、燃料噴霧の分子量の大きさによって軽質燃料と高沸点物質とを分級する分級装置(サイクロン分級装置64及びポンプ82)とを含み、軽質燃料と高沸点物質とが分級された後に残る燃料を貯留する第1タンクを備えるので、安価な装置で燃料を気化させるための大きな気化熱を与えることなく、ガソリンから軽質燃料とエタノールを分離させることができる。
第3実施形態によれば、分級装置はアルコール(高沸点物質)及び軽質燃料を高沸点物質分離装置に供給するポンプ82を含むので、安価な装置によって、アルコール及び軽質燃料を分離できる。
アルコールを気体状で扱うには大きな容積が必要となり扱いにくいのであるが、第3実施形態によれば、高沸点物質分離装置は加圧容器83であり、霧化した軽質燃料とアルコールとの混じったガスをこの加圧容器83に導いて加圧することにより、アルコールを液状にして分離し第2タンク18に貯留するので、アルコールを扱いやすいものとすることができる。
(第4実施形態)
FIG.14〜FIG.16は本発明の第4実施形態の燃料分離装置及び当該燃料分離装置を用いたエンジンの概略構成図で、FIG.14〜FIG.16はそれぞれ第2実施形態のFIG.6〜FIG.8と置き換わるものである。すなわち、FIG.14はアルコールが混入されていないガソリンのみである場合を、FIG.15は混入率が小さなアルコール混入ガソリンの場合を、FIG.16は混入率が大きなアルコール混入ガソリンの場合を示している。FIG.6〜FIG.8と同一部分には同一番号を付している。
第4実施形態も、アルコールをさらに水素ガスと低オクタン価燃料とに(あるいは水素ガスを含む燃料に)改質する燃料改質装置45を備えるものである。この場合、混入率の小さなアルコール混入ガソリンの場合に第2タンク18にアルコールが貯留され、混入率の大きなアルコール混入ガソリンの場合に第1タンク13にアルコールが存在するので、いずれかのアルコールを用いることができる。このため、第1タンク13内の燃料を燃料改質装置45に導く第1配管41と、第2タンク18内の燃料を燃料改質装置45に導く第2配管42とが設けられ、2つの各配管41、42に常閉の第1開閉弁43、第2開閉弁44がそれぞれ介装されている。エンジンコントローラ31では、第1開閉弁43を全閉状態としたまま第2開閉弁44を開くか、または第2開閉弁44を全閉状態としたまま第1開閉弁43を開くことで、第2タンク18内の燃料と第1タンク13内の燃料とのいずれかを選択的に燃料改質装置45に導くことができる。
さて、ガソリンのみの場合には、2つの開閉弁43、44とも全閉状態に保つ。このとき、第2燃料選択手段46の選択し得る燃料は、FIG.14に示したように重質燃料と、軽質燃料の2つである。従って、エンジンコントローラ31では、第2燃料選択手段46に指令して、低温始動時に軽質燃料を、始動後の通常運転時に重質燃料をそれぞれ選択して燃料噴射弁2に供給する。
混入率の小さなアルコール混入ガソリンの場合には、第1開閉弁43は全閉状態のまま第2開閉弁44を開き、第2タンク18に貯留している液状のアルコールの一部を燃料改質装置45に導き、低オクタン価燃料と水素ガスとに変換する。この結果、第2燃料選択手段46の選択し得る燃料は、FIG.15に示したように重質燃料と、アルコールと、軽質燃料と、低オクタン価燃料と、水素ガスの5つになる。エンジンコントローラ31では、第2燃料選択手段46に指令して、重質燃料を中高負荷域で、アルコールを最大負荷時に、軽質燃料を低温始動時に、低オクタン価燃料及び水素ガスを低負荷域で燃料噴射弁2、47に供給する。
ここでは、水素ガスをエンジンに供給するため気体燃料用の燃料噴射弁47を、液体燃料用の燃料噴射弁2とは別に設けており、水素ガスのみが燃料噴射弁47より、他の液体燃料は燃料噴射弁2よりエンジン1に供給される。
混入率の大きなアルコール混入ガソリンの場合には、第2開閉弁44は全閉状態のまま第1開閉弁43を開き、第1タンク13に貯留している液状のアルコールの一部を燃料改質装置45に導き、低オクタン価燃料と水素ガスに変換する。この結果、第2燃料選択手段46の選択し得る燃料は、FIG.16に示したようにクラスター化しているアルコールと、軽質燃料と、低オクタン価燃料と、水素ガスの4つになる。エンジンコントローラ31では、第2燃料選択手段46に指令して、アルコールを中高負荷域で、軽質燃料を低温始動時に、低オクタン価燃料及び水素ガスを低負荷域で燃料噴射弁2、47に供給する。ここでも、水素ガスのみが燃料噴射弁47より、他の液体燃料は燃料噴射弁2よりエンジンに供給される。すなわち、低負荷域に限っては第2燃料選択手段46により、単独の燃料でなく、低オクタン価燃料及び水素ガスの2つの燃料を選択させている。これは低負荷域で予混合圧縮自己着火燃焼を行わせるためである。
FIG.9は第4実施形態のエンジンの概略構成図でもある。すなわち、FIG.9に示したように、主燃焼室51の天井に副燃焼室52が設けられ、副燃焼室52と主燃焼室51とは複数の孔53で連通している。点火プラグ5は、副燃焼室52に臨んで設けられ、副燃焼室52に水素ガス供給孔54と連通する通路55が設けられている。水素ガス供給孔54には第2燃料選択手段46により水素ガスが供給される。そして、水素ガス供給孔54に気体燃料用の燃料噴射弁47が設けられている。
FIG.10は第4実施形態の運転領域図でもある。すなわち、FIG.10に示したように、予混合圧縮自己着火燃焼領域である低負荷域と、火花点火燃焼領域である中高負荷域との2つに大きく分かれ、このうち中高負荷域で火花点火による燃焼を行わせる点は第1実施形態と同じである。
一方、低負荷域では、点火プラグ5は用いず、低オクタン価燃料及び水素ガスを用いて予混合圧縮自己着火燃焼(HCCI)を行わせる。例えば、吸気行程で燃料噴射弁2から低オクタン価燃料を噴射供給する。燃料噴射弁2からの低オクタン価燃料は主燃焼室51内に良好な予混合気を形成する。これに対して、圧縮行程の適切な時期に燃料噴射弁47から水素ガスを噴射供給すると、水素ガスは通路55から副燃焼室52に入り噴孔53から主燃焼室51に噴き出し、主燃焼室51内に広がり(FIG.9参照)、望みの当量比の予混合気を生成することができる。低オクタン価燃料及び水素ガスは着火性が高い(着火しやすい)ので、低負荷域でも圧縮自己着火により容易に燃焼する。
第4実施形態によれば、第2タンク18に貯留されているアルコールを燃料改質装置45を用いてオクタン価の低い燃料と水素ガスとに変換するので、混入率が小さなアルコール混入ガソリンの場合に、予混合圧縮自己着火燃焼を行わせるための燃料を得ることができる。
第4実施形態によれば、アルコールの混入率が相対的に大きい場合に、第1タンク13に貯留されているクラスター状態のアルコールの一部を燃料改質装置45を用いて水素ガスを含む燃料に変換するので、混入率が大きなアルコール混入ガソリンの場合にも、予混合圧縮自己着火燃焼を行わせるための燃料を得ることができる。
第4実施形態によれば、第1実施形態の燃料選択手段25、エンジンコントローラ31(指令手段)及び燃料噴射弁2(燃料供給手段)に代えて、2つの燃料を選択し得る第2燃料選択手段46と、低負荷域である場合に低オクタン価燃料及び水素ガスの2つの燃料を選択することを第2燃料選択手段46に指令するエンジンコントローラ31(第2指令手段)と、第2燃料選択手段46により選択された低オクタン価燃料をエンジン1に供給する液体燃料用の燃料噴射弁2と、第2燃料選択手段46により選択された水素ガスをエンジン1に供給する気体燃料用の燃料噴射弁47とを備えるので、予混合圧縮自己着火燃焼を行わせることができる。
第4実施形態によれば、アルコールの混入率が相対的に小さい場合に第2タンク18に貯留されているアルコールを、またアルコールの混入率が相対的に大きい場合に第1タンク13に貯留されているクラスター状態のアルコールをそれぞれ燃料改質装置45を用いて水素ガスを含む燃料に変換するので、予混合圧縮自己着火燃焼を行わせるための燃料を得ることができる。
以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に含まれることが明白である。
以上の説明に関して、2009年3月3日を出願日とする日本国における特願2009−48982の内容をここに引用により組み込む。
この発明の実施形態が包含する排他的性質又は特徴は以下のようにクレームされる。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 to FIG. 3 is a schematic configuration diagram of the fuel separator according to the first embodiment of the present invention and an engine using the fuel separator, FIG. 4 is a schematic configuration diagram of the engine of the first embodiment. FIG. 1 to FIG. The difference of 3 lies in the difference in alcohol mixing rate. That is, FIG. 1 is the case of only gasoline without alcohol, FIG. 2 shows the case of gasoline mixed with alcohol with a small mixing rate (the alcohol mixing rate is relatively small). 3 shows the case of gasoline mixed with alcohol having a large mixing rate (relatively large mixing rate of alcohol).
FIG. As shown in FIG. 4, the engine 1 is a spark ignition engine. That is, the fuel injected from the fuel injection valve 2 toward the intake port 3 at a predetermined time is carried to the air and supplied into the combustion chamber 4 to form an air-fuel mixture in the combustion chamber 4. This air-fuel mixture is ignited by a spark plug 5 at a predetermined time and burned. The burning gas performs the work of pushing down the piston 5, and the burned gas is discharged from the exhaust port 6.
The gasoline in the fuel tank 11 is pumped to the first tank 13 by the supply pump 12, and the gasoline is stored in the first tank 13.
The drive of the supply pump 12 is controlled so that the gasoline in the first tank 13 is filled to a predetermined liquid level. Below this liquid level, that is, in the liquid, an ultrasonic wave vibrator 14 (atomization device) is provided. The ultrasonic vibrator 14 can atomize a high-boiling substance such as a fuel species having a low molecular weight or ethanol, methanol, water, etc., from gasoline, which is an aggregate of fuel species having different numbers of molecules.
FIG. 5 is a characteristic diagram for gasoline and high-boiling substances. It can be seen that there is a strong correlation between the molecular weight and boiling point of the various fuel types that make up gasoline. In other words, this is an example of a hydrocarbon fuel that is a collection of different fuel species having a boiling point that increases as the molecular weight of the fuel species increases and whose boiling points are approximately proportional to each other. On the other hand, alcohols such as methanol and ethanol have a lower molecular weight than fuel types with relatively large molecular weight among different fuel types, and have a relatively high boiling point compared to fuel types with similar molecular weight. It is located away from the fuel type. For this reason, a fuel type equivalent to the molecular weight of alcohol and a fuel type equal to or lower than the molecular weight of alcohol (a fuel type equal to the molecular weight of alcohol and a fuel type equal to or lower than the molecular weight of alcohol are hereinafter referred to as “light fuel”). By determining the output to be applied to the ultrasonic vibrator 14 and the amplitude of the ultrasonic vibrator 14 so as to make the fuel into an alcohol, the alcohol and light fuel can be atomized. In the following description, the alcohol is ethanol.
The atomized alcohol and light fuel are separated into alcohol and light fuel by the fuel separator 15. That is, the fuel separation device 15 mainly includes a cooling device 17 (high boiling point material separation device), a second tank 18, a pump 19 (condensing means), and a third tank 20.
A gas mixed with the atomized light fuel and alcohol is led to the cooling device 17 through the pipe 16 to be cooled. The cooling device 17 is for liquefying gaseous alcohol. That is, since the boiling point of alcohol is 70 ° C. to 80 ° C., by setting the refrigerant temperature to a temperature lower than the boiling point of this alcohol (for example, about 50 ° C.), only the alcohol from the mixed gas of alcohol and light fuel can be obtained. Condensed and liquefied. The alcohol liquefied by cooling is stored in the second tank 18. At this time, the same effect can be obtained even by pressurizing and condensing instead of the cooling device 17.
The light fuel that has not been liquefied is pumped to the third tank 20 by the pump 19. Further, the inside of the third tank 20 is increased to a predetermined pressure by the pump 19 to condense and liquefy the gaseous light fuel. The reason why the gaseous light fuel is liquefied is because it is assumed that liquid fuel is supplied to the fuel injection valve 2, so that the light fuel cannot be supplied to the fuel injection valve 2 in the gaseous state. . Therefore, the light fuel that does not condense and liquefy even when the inside of the third tank 20 is increased to a predetermined pressure is returned to the first tank 13 via the return pipe 22. A check valve 23 is provided in the return pipe 22.
As a result, in the case of gasoline only, FIG. As shown in FIG. 1, the second tank 18 is empty, and liquid light fuel is stored in the third tank 20. In the case of gasoline mixed with alcohol with a low mixing rate, FIG. As shown in FIG. 2, liquid alcohol is stored in the second tank 18 and liquid light fuel is stored in the third tank 20.
On the other hand, FIG. As shown in FIG. 3, the second tank 18 is empty as in the case of gasoline alone. This is due to the nature of the alcohol. In other words, in the case of gasoline mixed with alcohol with a low mixing rate, the alcohol is scattered in a molecular state in the gasoline and is atomized by ultrasonic vibration, but if the mixing rate of alcohol increases, the alcohol The molecules become overcrowded, and eventually the alcohol molecules and the alcohol molecules stick to each other or become entangled to form a so-called cluster. And when alcohol becomes a cluster state, the molecular weight of the whole cluster will become large and it will not atomize by ultrasonic vibration. In this way, as alcohol-mixed gasoline having a large mixing rate, alcohol-mixed gasoline having a mixing rate enough to make alcohol in a cluster state is considered. The minimum mixing rate at which alcohol becomes a cluster state (this minimum mixing rate is referred to as “cluster generation mixing rate”) is obtained in advance. More specifically, the alcohol-mixed gasoline having an alcohol mixing rate equal to or higher than the cluster generation mixing rate is close to alcohol-only fuel as a whole, although gasoline is partially included. That is, the inside of the first tank 13 is clustered so that only alcohol or a higher alcohol mixing rate is obtained.
Thus, in the case of gasoline only, the original fuel and light fuel, in the case of alcohol-mixed gasoline with a small mixing rate, in the case of alcohol-mixed gasoline with a large mixing rate in the original fuel, alcohol and light fuel Is separated into the original fuel and light fuel. A fuel selection means 25 is provided to properly use the separated fuel according to the operating conditions.
In the engine controller 31, the fuel supply pump 12, the ultrasonic vibrator 14, the cooling device 17, and the pump 19 are driven to perform fuel separation as described above. Further, the engine controller 31 determines whether the engine is cold starting based on the engine load detected by the engine load sensor 32, the engine rotation speed detected by the engine rotation speed sensor 33, and the water temperature detected by the water temperature sensor 34, or the start is completed. In the case of gasoline only, based on the alcohol mixing rate (= alcohol concentration) detected by the alcohol mixing rate sensor 35, while detecting the operating conditions such as whether it is in the low load range or the middle high load range later, In the case of gasoline mixed with alcohol with a low mixing rate, it is determined whether the gasoline is mixed with alcohol with a high mixing rate, and either one of the two is selected via the fuel selection means 25 based on these operating conditions and determination results. Let the fuel choose.
Specifically, when it is determined that the alcohol mixing rate detected by the alcohol mixing rate sensor 35 is zero, that is, only gasoline, it is determined that the original fuel gasoline, the low-boiling-point light fuel, Therefore, the fuel selection means 25 is instructed to supply light fuel at the time of low temperature start and the original fuel to the fuel injection valve 2 (fuel supply means) at the time of normal operation after the start.
When it is determined that the alcohol mixing rate is less than the above-mentioned cluster generation mixing rate, that is, gasoline mixed with alcohol with a low mixing rate, the fuel is separated into three fuels: the original fuel, alcohol, and light fuel. Then, the fuel selection means 25 is commanded to supply light fuel at low temperature start, ethanol in the high load region, and original fuel to the fuel injection valve 2 in the other operation region (low and medium load region). The reason why ethanol is supplied in the high load range is that ethanol has a high boiling point, that is, works like a high octane fuel, and therefore, the ignition timing can be advanced as compared with the case of gasoline, and the output can be increased.
When it is determined that the alcohol mixing rate is equal to or higher than the above-mentioned cluster generation mixing rate, that is, gasoline mixed with alcohol having a high mixing rate, the fuel is separated into the original fuel and the light fuel having a low boiling point component. In this case, the original fuel itself is close to alcohol-only fuel. For this reason, the fuel selection means 25 is instructed to supply light fuel to the fuel injection valve 2 at the time of low temperature start and original fuel to the fuel injection valve 2 at the time of normal operation after start. That is, when the alcohol mixing rate of the mixed fuel is relatively high, the fuel stored in the first tank 13 is selected when the operating condition of the engine is in a high load range.
Here, the effect of this embodiment is demonstrated. First, the function and effect of the fuel separator composed of the ultrasonic vibrator 14 and the cooling device 17 (high boiling point substance separator) will be described first, and then the effect of the engine using the fuel separator will be described.
First, the operation and effect of the fuel separator is as follows.
According to this embodiment, alcohol (having a relatively large molecular weight among the different fuel types) with respect to gasoline (a hydrocarbon fuel that is a collection of different fuel types whose molecular weight and boiling point are approximately proportional to each other). It gives vibration energy to alcohol-mixed gasoline (mixed fuel) that has a low molecular weight compared to the fuel type and has a relatively high boiling point compared to fuel types with a relatively high boiling point). Atomizer (14) that atomizes light fuel (a fuel species that is equivalent to the molecular weight of alcohol and a fuel species that is less than the molecular weight of alcohol), and only alcohol is separated from the gas mixture of atomized light fuel and alcohol And a cooling device 17 (high boiling point material separation device) that does not give a large heat of vaporization to vaporize the fuel and emits light fuel from gasoline. It can be separated alcohol.
According to this embodiment, the first tank 13 for storing alcohol-mixed gasoline (mixed fuel) includes the ultrasonic vibrator 14 as an atomizer, the hydrocarbon fuel is gasoline, and the high-boiling point substance is ethanol. Since the output of the ultrasonic wave generated by the ultrasonic vibrator 14 and the amplitude of the ultrasonic wave are determined so that the ethanol and the light fuel are atomized, it is possible to lighten the gasoline without giving a large heat of vaporization for vaporizing the fuel. Fuel and ethanol can be separated.
In order to handle alcohol in a gaseous state, a large volume is required, which is difficult to handle. However, according to the present embodiment, the high-boiling-point substance separation device is the cooling device 17 and is a gas in which atomized light fuel and alcohol are mixed. Is cooled to below the boiling point of the alcohol by using this cooling device 17, the alcohol is liquefied and separated and stored in the second tank 18, so that the alcohol can be handled easily.
In order to handle light fuel in the form of gas, a large volume is required and difficult to handle. However, according to the present embodiment, light fuel is liquefied from the gas remaining after the alcohol is separated using a pump 19 (condensing means). Since it is stored in the third tank 20, light fuel can be easily handled.
Next, the effect of the engine using the fuel separator is as follows.
According to the present embodiment, the engine includes the fuel separation device described above, and is any one of alcohol-mixed gasoline that remains without being atomized, separated alcohol, and light fuel after the alcohol is separated. Fuel selection means 25 that can arbitrarily select the fuel, engine controller 31 (command means) that instructs the fuel selection means 25 which fuel to select according to the operating conditions, and fuel selection means that responds to this command Since the fuel injection valve 2 (fuel supply means) for supplying any of the fuels selected by the engine 25 to the engine is provided, light fuel and alcohol are separated from gasoline without giving large heat of vaporization to vaporize the fuel. Therefore, by using light fuel at low temperature start, the boiling point of gasoline is almost the same as gasoline. It can be improved at the low temperature start even in an engine using alcohol mixed gasoline alcohol pairwise high liquid is mixed.
According to this embodiment, the first tank 13 for storing alcohol-mixed gasoline (mixed fuel) includes the ultrasonic vibrator 14 as an atomizer, the hydrocarbon fuel is gasoline, and the high-boiling point substance is alcohol. Since the ultrasonic output generated by the ultrasonic transducer 14 and the amplitude of the ultrasonic wave are determined so that the alcohol and the light fuel are atomized, the light fuel can be used even in an engine using alcohol-mixed gasoline. Good low temperature startability can be obtained.
In order to handle alcohol in a gaseous state, a large volume is required, which is difficult to handle. However, according to the present embodiment, the high-boiling-point substance separation device is the cooling device 17 and is a gas in which atomized light fuel and alcohol are mixed. Is cooled to below the boiling point of the alcohol by using this cooling device 17, the alcohol is liquefied and separated and stored in the second tank 18, so that the alcohol can be handled easily.
In order to handle light fuel in the form of gas, a large volume is required and difficult to handle. However, according to the present embodiment, light fuel is liquefied from the gas remaining after the alcohol is separated using a pump 19 (condensing means). Since it is stored in the third tank 20, light fuel can be easily handled.
According to the present embodiment, when the operating condition is a low temperature start time, the fuel selection means 25 selects the light fuel stored in the third tank 20, and therefore, when using alcohol-mixed gasoline with a high alcohol mixing rate. Even so, good low temperature startability can be obtained.
According to the present embodiment, the fuel selection means 25 selects the alcohol stored in the second tank 18 when the operating condition is a high load range. Since alcohol has a high boiling point and is less likely to knock, the ignition timing can be advanced as compared with an engine using only gasoline, and the output is improved.
According to this embodiment, since alcohol is ethanol, even if it is gasoline mixed with bioethanol, good low temperature startability can be obtained.
(Second Embodiment)
FIG. 6-FIG. 8 is a schematic diagram of a fuel separator according to a second embodiment of the present invention and an engine using the fuel separator, FIG. 9 is a schematic configuration diagram of the engine of the second embodiment. 6-FIG. 9 corresponds to FIG. 1 of the first embodiment. 1 to FIG. 4 is replaced. That is, FIG. 6 is a case where only gasoline without alcohol is mixed, FIG. 7 shows the case of gasoline mixed with alcohol with a small mixing rate, FIG. 8 shows the case of gasoline mixed with alcohol with a high mixing rate.
The second embodiment includes a fuel reformer 45 that further reforms alcohol into hydrogen gas and a low octane fuel. In this case, alcohol is stored in the second tank 18 in the case of gasoline mixed with alcohol with a low mixing rate, and alcohol is present in the first tank 13 in gasoline mixed with alcohol with a high mixing rate. be able to. Therefore, a first pipe 41 that guides the fuel in the first tank 13 to the fuel reformer 45 and a second pipe 42 that guides the fuel in the second tank 18 to the fuel reformer 45 are provided. A normally closed first on-off valve 43 and second on-off valve 44 are interposed in the pipes 41 and 42, respectively. In the engine controller 31, the first on-off valve 43 is opened with the first on-off valve 43 fully closed, or the first on-off valve 43 is opened with the second on-off valve 44 fully closed. Either the fuel in the two tanks 18 or the fuel in the first tank 13 can be selectively led to the fuel reformer 45.
Now, in the case of gasoline only, alcohol is not separated, so the two on-off valves 43 and 44 are kept in a fully closed state. At this time, the fuel that can be selected by the second fuel selection means 46 is FIG. As shown in FIG. 6, the original fuel and the light fuel are two. Therefore, the engine controller 31 instructs the second fuel selection means 46 to select the light fuel at the low temperature start and the original fuel at the normal operation after the start and supply the selected fuel to the fuel injection valve 2.
In the case of gasoline mixed with alcohol with a small mixing rate, the first on-off valve 43 is opened while the first on-off valve 43 is fully closed, and part of the liquid alcohol stored in the second tank 18 is fuel reformed. It leads to the device 45 and converts it into a low octane fuel and hydrogen gas or fuel containing hydrogen gas. As a result, the fuel that can be selected by the second fuel selection means 46 is FIG. As shown in FIG. 7, the original fuel, alcohol, light fuel, low octane fuel, and hydrogen gas are used. In the engine controller 31, the second fuel selection means 46 is commanded so that the original fuel is in the middle load region, the alcohol is in the high load region, the light fuel is in the cold start, and the low octane fuel and hydrogen gas are in the low load region. The fuel is supplied to the fuel injection valves 2 and 47.
Here, in order to supply hydrogen gas to the engine, a fuel injection valve 47 for gaseous fuel is provided separately from the fuel injection valve 2 for liquid fuel, and only hydrogen gas is supplied from the fuel injection valve 47 to other liquid fuels. Is supplied from the fuel injection valve 2 to the engine 1.
In the case of gasoline mixed with alcohol having a high mixing rate, the first on-off valve 43 is opened while the second on-off valve 44 is fully closed, and part of the liquid alcohol stored in the first tank 13 is fuel reformed. It leads to the apparatus 45, and it converts into the fuel containing a low octane fuel and hydrogen gas or hydrogen gas. As a result, the fuel that can be selected by the second fuel selection means 46 is FIG. As shown in FIG. 8, there are four fuels: the original fuel (having the same properties as the alcohol-only fuel), light fuel, low octane fuel, and hydrogen gas. In the engine controller 31, the second fuel selection means 46 is commanded so that the original fuel is supplied to the fuel injection valves 2 and 47 in the middle and high load range, the light fuel is started at low temperature, and the low octane number fuel and hydrogen gas are supplied in the low load range. Supply. Again, only hydrogen gas is supplied to the engine 1 from the fuel injection valve 47 and the other liquid fuel is supplied from the fuel injection valve 2. That is, only in the low load range, the second fuel selection means 46 selects two fuels of low octane number fuel and hydrogen gas instead of a single fuel. This is because premixed compression self-ignition combustion is performed in a low load region, as will be described later.
FIG. As shown in FIG. 9, the auxiliary combustion chamber 52 is provided on the ceiling of the main combustion chamber 51, and the auxiliary combustion chamber 52 and the main combustion chamber 51 communicate with each other through a plurality of holes 53. The spark plug 5 is provided facing the sub-combustion chamber 52, and a passage 55 communicating with the hydrogen gas supply hole 54 is provided in the sub-combustion chamber 52. Hydrogen gas is supplied to the hydrogen gas supply hole 54 by the second fuel selection means 46. A fuel injection valve 47 for gaseous fuel is provided in the hydrogen gas supply hole 54.
FIG. 10 is an operation region diagram of the second embodiment, which is largely divided into a low load region which is a premixed compression self-ignition combustion region and a medium and high load region which is a spark ignition combustion region, and among these, a spark is generated in a medium and high load region. The point which performs the combustion by ignition is the same as 1st Embodiment.
On the other hand, in the low load range, the spark plug 5 is not used, but premixed compression self-ignition combustion (HCCI) is performed using low octane fuel and hydrogen gas. For example, the low-octane fuel is injected and supplied from the fuel injection valve 2 in the intake stroke. The low octane fuel from the fuel injection valve 2 forms a good premixed gas in the main combustion chamber 51. On the other hand, when hydrogen gas (or fuel containing hydrogen gas) is injected and supplied from the fuel injection valve 47 at an appropriate timing in the compression stroke, the hydrogen gas enters the sub-combustion chamber 52 through the passage 55 and enters the main hole 53 through the injection hole 53. It is ejected into the combustion chamber 51 and spreads into the main combustion chamber 51 (see FIG. 9), and a premixed gas having a desired equivalent ratio can be generated. Low-octane fuel and hydrogen gas are highly ignitable (easily ignited), so they easily burn by compression self-ignition even in a low load range.
Further, in the case of gasoline mixed with alcohol having a high mixing rate, a part of gasoline stored in the first tank 13 using the hydrogen gas obtained by the fuel reformer 45 is converted into an octane number using a hydrogenation technique. It is conceivable to convert to a low low octane fuel. Thereby, the low octane number fuel for performing the premixed compression self-ignition combustion can be increased.
According to the second embodiment, since the alcohol stored in the second tank 18 is converted into fuel and hydrogen gas having a low octane number using the fuel reformer 45, in the case of gasoline mixed with alcohol with a low mixing rate. The fuel for performing the premixed compression self-ignition combustion can be obtained.
According to the second embodiment, a portion of alcohol-mixed gasoline (fuel) stored in the first tank 13 when the alcohol mixing rate is relatively large and alcohol is not atomized by the ultrasonic vibrator 14. Is converted to a fuel containing hydrogen gas using the fuel reformer 45, so that a fuel for performing premixed compression self-ignition combustion can be obtained even in the case of gasoline mixed with alcohol having a high mixing rate.
According to the second embodiment, instead of the fuel selection means 25, the engine controller 31 (command means) and the fuel injection valve 2 (fuel supply means) of the first embodiment, the second fuel selection capable of selecting two fuels. Means 46, an engine controller 31 (second command means) for instructing the second fuel selection means 46 to select two fuels of low octane fuel and hydrogen gas in the low load range, and second fuel selection A fuel injection valve 2 for liquid fuel that supplies the low octane fuel selected by the means 46 to the engine 1 and a fuel injection valve for gaseous fuel that supplies the hydrogen gas selected by the second fuel selection means 46 to the engine 1. 47, premixed compression self-ignition combustion can be performed.
According to the second embodiment, the alcohol stored in the second tank 18 when the alcohol mixing rate is relatively small and the alcohol is atomized by the ultrasonic vibrator 14, and the alcohol mixing rate is Since the fuel stored in the first tank 13 is converted into a fuel containing hydrogen gas using the fuel reformer 45 when the alcohol is not atomized by the ultrasonic vibrator 14 due to being relatively large, ultrasonic waves Regardless of whether or not alcohol is atomized by the vibrator 14, fuel for premixed compression self-ignition combustion can be obtained.
In the embodiment, the case where the high-boiling substance is ethanol has been described, but the present invention can also be applied to the case where the high-boiling substance is methanol or water. Moreover, although the case where the hydrocarbon fuel that is an aggregate of fuel species having different molecular weights is gasoline is described, the present invention can also be applied to the case of light oil.
In the case of gasoline only or alcohol with a high mixing rate, the alcohol is not atomized by the ultrasonic vibrator 14, so the cooling device 17 (high boiling point substance separating device) is activated even when the alcohol is not atomized. It is useless to let them do. Therefore, it is possible to prevent the cooling device 17 from operating wastefully by stopping the operation of the cooling device 17 when alcohol is not atomized by the ultrasonic vibrator 14.
When the engine is mounted on a vehicle, it is preferable to use alcohol in a high load region because it improves output, but when the frequency of high load operation is low, the alcohol should be liquefied and stored in the second tank 18. Is wasted. Since the cooling device 17 is operated to make the alcohol liquid, the operation of the cooling device 17 can be stopped if no alcohol is used. Therefore, the travel history of the vehicle is stored, and the operation of the cooling device 17 is limited when the frequency of high load operation is low based on the stored travel history (for example, the frequency of operating the cooling device 17 is reduced). By doing so, it is possible to omit wasting alcohol that is not used.
If the light fuel is not stored in the second tank 18 at the low temperature start, good low temperature startability cannot be obtained. However, the ultrasonic vibrator 14 and the cooling device 17 (high-boiling substance) are also used when the engine is stopped. By operating the separator, the light fuel can be prepared at the time of cold start.
When the engine is mounted on a plug-in hybrid vehicle having a charging function from the plug, if the light fuel is not stored in the second tank 18 when it is desired to start the engine in a cold state, a good low-temperature start is possible. However, by operating the ultrasonic vibrator 14 and the cooling device 17 (high boiling point material separating device) during charging, the second tank 18 can be kept in the second tank 18 even at a low temperature start. Light fuel will be present, and good cold startability can be obtained.
(Third embodiment)
FIG. 11-FIG. 13 is a schematic configuration diagram of the fuel separator of the third embodiment and an engine using the fuel separator, and FIG. 1 to FIG. 3 is replaced. FIG. 11-FIG. The difference of 13 is the difference in the alcohol mixing rate. That is, FIG. 11 shows the case of only gasoline without alcohol, FIG. 12 shows the case of gasoline mixed with alcohol with a small mixing rate (the alcohol mixing rate is relatively small). Reference numeral 13 denotes a case of alcohol-mixed gasoline having a large mixing rate (the alcohol mixing rate is relatively large). FIG. 11-FIG. FIG. 1 to FIG. The same parts as those in FIG.
In the third embodiment, a fuel injection valve 61 (atomization device) that is less expensive than an ultrasonic transducer is used instead of an expensive ultrasonic transducer. That is, the gasoline in the fuel tank 11 is pumped to the fuel injection valve 61 by the supply pump 12. The fuel injection valve 61 is for atomizing gasoline by applying vibration energy by vibration generated between the gasoline and air. The illustrated fuel injection valve 61 is a type that atomizes by causing vibration between high-pressure fuel and external air. The fuel injection valve 61 may be an air assist type that atomizes between gasoline and high-pressure air.
The gasoline atomized by the fuel injection valve 61 includes alcohol, light fuel, and the remaining fuel types excluding these two (the remaining fuel types are hereinafter referred to as “heavy fuel”). Since the light fuel is a fuel type equivalent to the molecular weight of alcohol and a fuel type equal to or lower than the molecular weight of alcohol as described above, the heavy fuel is a fuel type having a molecular weight larger than that of alcohol. That is, the fuel injection valve 61 can atomize three fuels, light fuel, alcohol, and heavy fuel. More specifically, the ultrasonic vibrator 14 of the first embodiment functions as an atomizing device that atomizes at least alcohol and light fuel. However, the fuel injection valve 61 is added to alcohol and light fuel. Thus, it functions as an atomizer that atomizes heavy fuel.
The fuel separator 63 mainly includes a fuel injection valve 61, a cyclone separator 64, a first tank 13, a second tank 18, a pump 19 (condensing means), a third tank 20, a pump 82, and a pressurized container 83 (high boiling point). Substance separation device) and a pressurized container 84 (condensing means). Of these, the atomizer includes a fuel injection valve 61, a cyclone separator 64 as a classifier for classifying fuel according to the molecular weight of the fuel spray (molecular weight of hydrocarbon fuel fuel species and alcohol clusters), a pump 82.
The cyclone separator 64 is divided into two types of fuel sprays depending on the molecular weight of the fuel spray from the three fuel sprays of light fuel, alcohol, and heavy fuel atomized by the fuel injection valve 61 by centrifugal force. That is, it classifies into the fuel spray of light fuel and alcohol, and the fuel spray of heavy fuel. Since the size of the molecular weight of the fuel spray (the molecular weight of the fuel species of the hydrocarbon fuel and the cluster of alcohol) is strongly correlated with the droplet size of the fuel spray, the cyclone separator 64 classifies by the size of the droplet size. The fuel is classified as described above.
In the cyclone separator 64, a conical cone 65 is installed on a gantry (not shown) with the small diameter side vertically downward and the large diameter side vertically upward. The cone 65 divides the space between the ceiling wall 66 and the side walls 67 and 68, and forms a vortex chamber 69 therein. The side walls 67 and 68 are composed of an upper side wall 67 having a relatively large inclination angle and a lower side wall 68 having a relatively small inclination angle. The tilt angle is not limited to the illustrated angle. Moreover, it is not limited to setting it as two different inclination angles.
A discharge hole 70 is opened at the lower end of the lower side wall 68. The discharge port 70 communicates with the first tank 13 through a passage 71.
A straight tubular overflow pipe 73 is provided on the central axis of the cone 65. The lower end 73a of the overflow pipe 73 is opened a little vertically upward from the discharge hole 70 at the lower end of the lower side wall. Further, the upper end of the overflow pipe 73 penetrates the ceiling wall 66 and protrudes to the outside of the cone 65.
A fuel injection valve 61 is attached to the upper side wall 65 so as to face the vortex chamber 69. The nozzle tip of the fuel injection valve 61 is adjusted to an appropriate angle so that fuel is injected toward the inner surface 67 a of the upper side wall 67. The fuel spray injected in the horizontal direction from the nozzle tip toward the vortex chamber 69 swirls on the gas flow of air generated in the vortex chamber 69. That is, the fuel spray collides with the inner surface 67a of the upper side wall 67 at a shallow angle to create a mixed gas with the surrounding air while receiving the action of centrifugal force, and descends in the vortex chamber 69 in a spiral spiral state. (See arrow).
In the fuel spray injected into the vortex chamber 69, three types of fuel sprays of light fuel, alcohol, and heavy fuel are mixed. Among these, fuel spray of heavy fuel having a large molecular weight floats outward by centrifugal force, collides with and adheres to the inner surface 67a of the upper side wall 67, becomes liquid, drops down on the inner surface 67a, and is discharged. It exits from the hole 70 and accumulates in the first tank 14.
On the other hand, the fuel spray of light fuel and alcohol having a small molecular weight is pushed into the center of the cone 65 against the centrifugal force while turning in the vortex chamber 69 while being gasified, and swirls around the overflow pipe 73. Heading downwards. A passage 81 connected to the upper end of the overflow pipe 73 is provided with a pump 82. By driving the pump 82, the overflow pipe 73 has a pressure lower than the atmospheric pressure. For this reason, the mixed gas of light fuel and alcohol having a small molecular weight is sucked into the overflow pipe 73 from the lower end 73a of the overflow pipe 73 and is discharged to the outside of the cone 65.
The mixed gas of light fuel and alcohol guided to the passage 81 is pressurized by a pump 82 and supplied to a pressurized container (low pressure) 83. Since alcohol is first liquefied from the mixed gas pressurized to a predetermined pressure, the liquefied alcohol is stored in the second tank 18. Similarly to the first embodiment, a cooling device may be provided to liquefy alcohol, and the liquefied alcohol may be stored in the second tank 18.
The light fuel gas that has not been liquefied is pumped to the pressurized container (low pressure) 84 by the pump 19. The pressure in the pressurized container 84 is increased to a predetermined pressure by the pump 19 to condense and liquefy the gaseous light fuel. The liquefied light fuel is stored in the third tank 20. The light fuel may be adsorbed using an adsorbent. Light fuel that does not condense and liquefy even when the pressure inside the pressurized container 84 is increased to a predetermined pressure is returned to the cyclone separator 64 via the return pipe 22. A check valve 23 is provided in the return pipe 22.
As a result, in the case of gasoline only, FIG. 11, the second tank 18 is empty, and liquid light fuel is stored in the third tank 20. In the case of gasoline mixed with alcohol with a low mixing rate, FIG. As shown in FIG. 12, liquid alcohol is stored in the second tank 18, and liquid light fuel is stored in the third tank 20. In the case of gasoline mixed with alcohol with a high mixing rate, FIG. As shown in FIG. 13, the clustered alcohol is stored in the first tank 13, the second tank 18 is empty, and the liquid light fuel is stored in the third tank 20. This is because when the alcohol is in a cluster state, the molecular weight of the entire cluster increases, and the alcohol in the cluster state behaves the same as a heavy fuel. That is, since the fuel spray of alcohol in a cluster state has a large molecular weight, it floats toward the outside by centrifugal force and collides with and adheres to the inner surface 67 a of the upper side wall 67. The liquefied cluster alcohol drops down the inner surface 67a of the upper side wall 67 downward, exits the discharge hole 70, and accumulates in the first tank 14.
Thus, in the case of gasoline only, heavy fuel and light fuel, in the case of gasoline mixed with alcohol with a small mixing rate, with heavy fuel, alcohol and light fuel, in the case of gasoline mixed with alcohol with a large mixing rate It is separated into alcohol and light fuel. A fuel selection means 25 is provided to properly use the separated fuel according to the operating conditions.
In the engine controller 31, the fuel supply pump 12, the fuel injection valve 61, and the pumps 19 and 82 are driven to perform fuel separation as described above. Further, the engine controller 31 determines whether the engine is cold starting based on the engine load detected by the engine load sensor 32, the engine rotation speed detected by the engine rotation speed sensor 33, and the water temperature detected by the water temperature sensor 34, or the start is completed. In the case of gasoline only, based on the alcohol mixing rate (= alcohol concentration) detected by the alcohol mixing rate sensor 35, while detecting the operating conditions such as whether it is in the low load range or the middle high load range later, In the case of gasoline mixed with alcohol with a low mixing rate, it is determined whether the gasoline is mixed with alcohol with a high mixing rate, and either one of the two is selected via the fuel selection means 25 based on these operating conditions and determination results. Let the fuel choose. Since the specific fuel selection method is the same as in the first embodiment, description thereof is omitted.
It should be noted that a predetermined gas may be introduced into the cyclone separator 64 in order to easily guide light fuel and alcohol from the cyclone separator 64 to the passage 81. For example, engine exhaust is easily available as an inert gas, which is preferable. The gas that has passed through the pressurized containers 83 and 84 can be reused by being introduced into the cyclone separator 64 via the return pipe 22. Moreover, a demister, a filter, etc. can also be used instead of the cyclone separator 64 which comprises the classifier which classifies a fuel.
As described above, the third embodiment also has the effect of being able to separate light fuel and alcohol from gasoline without giving large vaporization heat for vaporizing the fuel as in the first embodiment. . In addition, the atomization device (and the classification device) can be realized by a configuration (parts) that is extremely simple and inexpensive and that is particularly versatile for an engine mounted on a vehicle.
According to the third embodiment, the atomization device includes a fuel injection valve 61 that atomizes heavy fuel, which is a fuel type exceeding the molecular weight of alcohol (high boiling point substance), and fuel spray from the fuel injection valve 61. And a classifier (cyclonic classifier 64 and pump 82) that classifies the light fuel and the high-boiling substance according to the molecular weight of the fuel spray, and remains after the light fuel and the high-boiling substance are classified. Therefore, the light fuel and ethanol can be separated from gasoline without giving a large heat of vaporization for vaporizing the fuel with an inexpensive device.
According to the third embodiment, the classification device includes the pump 82 that supplies alcohol (high boiling point substance) and light fuel to the high boiling point material separation device, so that the alcohol and light fuel can be separated by an inexpensive device.
In order to handle alcohol in a gaseous state, a large volume is required, which is difficult to handle. However, according to the third embodiment, the high-boiling-point substance separation device is a pressurized container 83, which is a mixture of atomized light fuel and alcohol. By introducing the pressurized gas into the pressurized container 83 and pressurizing it, the alcohol is liquefied and separated and stored in the second tank 18, so that the alcohol can be handled easily.
(Fourth embodiment)
FIG. 14-FIG. 16 is a schematic configuration diagram of a fuel separator according to a fourth embodiment of the present invention and an engine using the fuel separator, and FIG. 14-FIG. 16 is the FIG. 6-FIG. 8 is replaced. That is, FIG. 14 is a case where only gasoline without alcohol is mixed, FIG. 15 shows the case of gasoline mixed with alcohol with a small mixing rate, FIG. 16 shows the case of gasoline mixed with alcohol with a high mixing rate. FIG. 6-FIG. The same parts as those in FIG.
The fourth embodiment also includes a fuel reformer 45 that further reforms alcohol into hydrogen gas and low-octane fuel (or fuel containing hydrogen gas). In this case, alcohol is stored in the second tank 18 in the case of gasoline mixed with alcohol with a low mixing rate, and alcohol is present in the first tank 13 in gasoline mixed with alcohol with a high mixing rate. be able to. Therefore, a first pipe 41 that guides the fuel in the first tank 13 to the fuel reformer 45 and a second pipe 42 that guides the fuel in the second tank 18 to the fuel reformer 45 are provided. A normally closed first on-off valve 43 and second on-off valve 44 are interposed in the pipes 41 and 42, respectively. In the engine controller 31, the first on-off valve 43 is opened with the first on-off valve 43 fully closed, or the first on-off valve 43 is opened with the second on-off valve 44 fully closed. Either the fuel in the two tanks 18 or the fuel in the first tank 13 can be selectively led to the fuel reformer 45.
In the case of gasoline only, the two on-off valves 43 and 44 are kept fully closed. At this time, the fuel that can be selected by the second fuel selection means 46 is FIG. As shown in FIG. 14, there are two types of fuel, heavy fuel and light fuel. Accordingly, the engine controller 31 instructs the second fuel selection means 46 to select light fuel at the time of low temperature start and heavy fuel at the time of normal operation after start-up and supply the selected fuel to the fuel injection valve 2.
In the case of gasoline mixed with alcohol with a small mixing rate, the first on-off valve 43 is opened while the first on-off valve 43 is fully closed, and part of the liquid alcohol stored in the second tank 18 is fuel reformed. It leads to the apparatus 45 and converts into low octane fuel and hydrogen gas. As a result, the fuel that can be selected by the second fuel selection means 46 is FIG. As shown in FIG. 15, there are five heavy fuel, alcohol, light fuel, low octane fuel, and hydrogen gas. The engine controller 31 instructs the second fuel selection means 46 to fuel heavy fuel in the middle and high load range, alcohol at the maximum load, light fuel at low temperature start, low octane fuel and hydrogen gas in the low load range. The fuel is supplied to the injection valves 2 and 47.
Here, in order to supply hydrogen gas to the engine, a fuel injection valve 47 for gaseous fuel is provided separately from the fuel injection valve 2 for liquid fuel, and only hydrogen gas is supplied from the fuel injection valve 47 to other liquid fuels. Is supplied from the fuel injection valve 2 to the engine 1.
In the case of gasoline mixed with alcohol having a high mixing rate, the first on-off valve 43 is opened while the second on-off valve 44 is fully closed, and part of the liquid alcohol stored in the first tank 13 is fuel reformed. It leads to the device 45 and converts it into low octane fuel and hydrogen gas. As a result, the fuel that can be selected by the second fuel selection means 46 is FIG. As shown in FIG. 16, there are four alcohols: clustered alcohol, light fuel, low-octane fuel, and hydrogen gas. The engine controller 31 instructs the second fuel selection means 46 to supply alcohol to the fuel injection valves 2 and 47 in the middle and high load range, light fuel at low temperature start, and low octane number fuel and hydrogen gas in the low load range. . Here too, only hydrogen gas is supplied from the fuel injection valve 47 and the other liquid fuel is supplied from the fuel injection valve 2 to the engine. That is, only in the low load range, the second fuel selection means 46 selects two fuels of low octane number fuel and hydrogen gas instead of a single fuel. This is because premixed compression self-ignition combustion is performed in a low load range.
FIG. 9 is also a schematic configuration diagram of the engine of the fourth embodiment. That is, FIG. As shown in FIG. 9, the auxiliary combustion chamber 52 is provided on the ceiling of the main combustion chamber 51, and the auxiliary combustion chamber 52 and the main combustion chamber 51 communicate with each other through a plurality of holes 53. The spark plug 5 is provided facing the sub-combustion chamber 52, and a passage 55 communicating with the hydrogen gas supply hole 54 is provided in the sub-combustion chamber 52. Hydrogen gas is supplied to the hydrogen gas supply hole 54 by the second fuel selection means 46. A fuel injection valve 47 for gaseous fuel is provided in the hydrogen gas supply hole 54.
FIG. 10 is also an operation region diagram of the fourth embodiment. That is, FIG. As shown in FIG. 10, there are two main parts: a low-load region that is a premixed compression self-ignition combustion region, and a medium-high load region that is a spark-ignition combustion region. Of these, combustion is performed by spark ignition in a medium-high load region. This is the same as in the first embodiment.
On the other hand, in the low load range, the spark plug 5 is not used, but premixed compression self-ignition combustion (HCCI) is performed using low octane fuel and hydrogen gas. For example, the low-octane fuel is injected and supplied from the fuel injection valve 2 in the intake stroke. The low octane fuel from the fuel injection valve 2 forms a good premixed gas in the main combustion chamber 51. On the other hand, when hydrogen gas is injected and supplied from the fuel injection valve 47 at an appropriate time in the compression stroke, the hydrogen gas enters the auxiliary combustion chamber 52 from the passage 55 and is ejected from the injection hole 53 to the main combustion chamber 51. 51 (see FIG. 9), a premixed gas having a desired equivalent ratio can be generated. Low-octane fuel and hydrogen gas are highly ignitable (easily ignited), so they easily burn by compression self-ignition even in a low load range.
According to the fourth embodiment, since the alcohol stored in the second tank 18 is converted into fuel and hydrogen gas having a low octane number using the fuel reformer 45, in the case of gasoline mixed with alcohol with a low mixing rate. The fuel for performing the premixed compression self-ignition combustion can be obtained.
According to the fourth embodiment, when the mixing rate of alcohol is relatively large, the fuel containing hydrogen gas is partially removed from the clustered alcohol stored in the first tank 13 using the fuel reformer 45. Therefore, fuel for premixed compression self-ignition combustion can be obtained even in the case of gasoline mixed with alcohol having a high mixing rate.
According to the fourth embodiment, instead of the fuel selection means 25, the engine controller 31 (command means) and the fuel injection valve 2 (fuel supply means) of the first embodiment, the second fuel selection capable of selecting two fuels. Means 46, an engine controller 31 (second command means) for instructing the second fuel selection means 46 to select two fuels of low octane fuel and hydrogen gas in the low load range, and second fuel selection A fuel injection valve 2 for liquid fuel that supplies the low octane fuel selected by the means 46 to the engine 1 and a fuel injection valve for gaseous fuel that supplies the hydrogen gas selected by the second fuel selection means 46 to the engine 1. 47, premixed compression self-ignition combustion can be performed.
According to the fourth embodiment, the alcohol stored in the second tank 18 is stored when the alcohol mixing rate is relatively small, and is stored in the first tank 13 when the alcohol mixing rate is relatively large. Since the alcohol in the cluster state is converted into a fuel containing hydrogen gas using the fuel reformer 45, fuel for performing premixed compression self-ignition combustion can be obtained.
Without being limited to the embodiments described above, various modifications and changes are possible within the scope of the technical idea, and it is obvious that these are also included in the technical scope of the present invention.
Regarding the above explanation, the contents of Japanese Patent Application No. 2009-48882 in Japan whose application date is March 3, 2009 are incorporated herein by reference.
Exclusive properties or features encompassed by embodiments of the invention are claimed as follows.

Claims (17)

分子量と沸点が互いにほぼ比例関係にある異なる燃料種の集合物である炭化水素燃料に対して、前記異なる燃料種のうち相対的に大きな分子量を持つ燃料種に比べ小さな分子量を持つとともに分子量が略同等の燃料種に比べて沸点が相対的に高い液状の高沸点物質が混入した混合燃料に振動エネルギーを与え、前記高沸点物質と、高沸点物質の分子量以下の燃料種である軽質燃料とを霧化する霧化装置と、
霧化した軽質燃料と高沸点物質との混じったガスから高沸点物質のみを分離する高沸点物質分離装置と
を備えることを特徴とする燃料分離装置。
Hydrocarbon fuel, which is a collection of different fuel types in which the molecular weight and boiling point are approximately proportional to each other, has a smaller molecular weight and a molecular weight substantially lower than those of the different fuel types having a relatively large molecular weight. Vibration energy is given to a mixed fuel mixed with a liquid high-boiling substance having a relatively high boiling point compared to an equivalent fuel type, and the high-boiling substance and a light fuel that is a fuel type having a molecular weight equal to or lower than that of the high-boiling substance. An atomizing device for atomizing;
A fuel separator comprising: a high-boiling substance separation device that separates only a high-boiling substance from a gas in which an atomized light fuel and a high-boiling substance are mixed.
前記霧化装置は、
高沸点物質の分子量を超える燃料種である重質燃料をも霧化する燃料噴射弁と、
前記燃料噴射弁からの燃料噴霧を受け、燃料噴霧の分子量の大きさによって軽質燃料と高沸点物質とを分級する分級装置と
を含み、
軽質燃料と高沸点物質とが分級された後に残る燃料を貯留する第1タンクを備えることを特徴とする請求項1に記載の燃料分離装置。
The atomizer is
A fuel injection valve that atomizes heavy fuel, which is a fuel species that exceeds the molecular weight of high-boiling substances,
A classification device that receives fuel spray from the fuel injection valve and classifies light fuel and high-boiling substances according to the molecular weight of the fuel spray,
The fuel separator according to claim 1, further comprising a first tank that stores fuel that remains after the light fuel and the high boiling point substance are classified.
前記炭化水素燃料はガソリン、前記高沸点物質はメタノール、エタノールまたは水であり、
前記分級装置は高沸点物質及び前記軽質燃料を高沸点物質分離装置に供給するポンプを含むことを特徴とする請求項2に記載の燃料分離装置。
The hydrocarbon fuel is gasoline, the high-boiling substance is methanol, ethanol or water;
3. The fuel separator according to claim 2, wherein the classifier includes a pump that supplies the high boiling point substance and the light fuel to the high boiling point substance separator.
前記高沸点物質分離装置は、供給された高沸点物質及び軽質燃料の混じったガスを加圧容器に導いて加圧することにより、高沸点物質を液状にして分離し第2タンクに貯留することを特徴とする請求項3に記載の燃料分離装置。   The high-boiling-point material separating device separates the high-boiling-point material into a liquid state by introducing the pressurized high-boiling-point material and light fuel mixed gas into a pressurized container and pressurizing it, and storing it in the second tank. The fuel separator according to claim 3, wherein 前記混合燃料を貯留する第1タンク内に前記霧化装置としての超音波振動子を備え、
前記炭化水素燃料はガソリン、前記高沸点物質はメタノール、エタノールまたは水であり、この高沸点物質と前記軽質燃料とが霧化するように、超音波振動子の発生する超音波の出力及び超音波の振幅を定めることを特徴とする請求項1に記載の燃料分離装置。
An ultrasonic vibrator as the atomizing device is provided in the first tank for storing the mixed fuel,
The hydrocarbon fuel is gasoline, the high-boiling substance is methanol, ethanol, or water, and the output of ultrasonic waves and ultrasonic waves generated by an ultrasonic vibrator so that the high-boiling substance and the light fuel are atomized. The fuel separator according to claim 1, wherein an amplitude of the fuel is determined.
前記高沸点物質分離装置は冷却装置であり、前記霧化した軽質燃料と高沸点物質との混じったガスをこの冷却装置を用いて高沸点物質の沸点以下に冷却することにより、高沸点物質を液状にして分離し第2タンクに貯留することを特徴とする請求項1または5に記載の燃料分離装置。   The high-boiling-point substance separation device is a cooling device, and the high-boiling-point material is cooled by cooling the gas mixed with the atomized light fuel and the high-boiling-point material below the boiling point of the high-boiling point material using the cooling device. The fuel separation device according to claim 1 or 5, wherein the fuel separation device is separated into a liquid and stored in the second tank. 前記高沸点物質が分離されて残ったガスから凝縮手段を用いて前記軽質燃料を液化し第3タンクに貯溜することを特徴とする請求項4または6に記載の燃料分離装置。   7. The fuel separator according to claim 4, wherein the light fuel is liquefied from the gas remaining after the high-boiling substances are separated using a condensing means and stored in a third tank. 請求項1から7までのいずれか一つに記載された燃料分離装置を備えるエンジンであって、
前記相対的に大きな分子量を持つ燃料種である重質燃料と、前記分離された高沸点物質と、前記高沸点物質が分離された後の軽質燃料とのいずれかの燃料を任意に選択し得る燃料選択手段と、
運転条件に応じていずれの燃料を選択するのかを前記燃料選択手段に指令する指令手段と、
この指令に応じて燃料選択手段により選択されたいずれかの燃料をエンジンに供給する燃料供給手段と
を備えることを特徴とするエンジン。
An engine comprising the fuel separation device according to any one of claims 1 to 7,
Any of a heavy fuel that is a fuel species having a relatively large molecular weight, the separated high-boiling substance, and a light fuel after the high-boiling substance is separated can be arbitrarily selected. Fuel selection means;
Command means for instructing the fuel selection means which fuel to select in accordance with operating conditions;
An engine comprising: fuel supply means for supplying any fuel selected by the fuel selection means to the engine in response to the command.
請求項7に記載された燃料分離装置を備えるエンジンであって、
前記エンジンの運転条件が低温始動時である場合に前記第3タンクに貯留されている軽質燃料を選択し、
前記エンジンの運転条件が中負荷域である場合に前記第1タンクに貯留されているガソリンを選択し、
前記エンジンの運転条件が高負荷域である場合に前記第2タンクに貯留されているアルコールを選択し、
選択されたいずれかの燃料を前記エンジンに供給する燃料供給手段を備えることを特徴とするエンジン。
An engine comprising the fuel separator according to claim 7,
Selecting light fuel stored in the third tank when the operating condition of the engine is low temperature start,
Selecting the gasoline stored in the first tank when the engine operating condition is in the middle load range;
When the operating condition of the engine is in a high load range, select the alcohol stored in the second tank,
An engine comprising fuel supply means for supplying any selected fuel to the engine.
請求項4または6に記載された燃料分離装置を備えるエンジンであって、
前記第2タンクに貯留されているアルコールを燃料改質装置を用いてオクタン価の低い低オクタン価燃料と水素ガスとに変換すると共に、
2つの燃料を選択し得る第2燃料選択手段と、
低負荷域である場合に前記低オクタン価燃料及び前記水素ガスの2つの燃料を選択することを前記第2燃料選択手段に指令する第2指令手段と、
第2燃料選択手段により選択された低オクタン価燃料をエンジンに供給する液体燃料用の燃料噴射弁と、
第2燃料選択手段により選択された水素ガスをエンジンに供給する気体燃料用の燃料噴射弁と
を備えることを特徴とするエンジン。
An engine comprising the fuel separator according to claim 4 or 6,
While converting the alcohol stored in the second tank into a low octane fuel having a low octane number and hydrogen gas using a fuel reformer,
A second fuel selection means capable of selecting two fuels;
Second command means for commanding the second fuel selection means to select the two fuels of the low octane number fuel and the hydrogen gas in the low load range;
A fuel injection valve for liquid fuel that supplies the low octane fuel selected by the second fuel selection means to the engine;
An engine comprising: a fuel injection valve for gaseous fuel that supplies hydrogen gas selected by the second fuel selection means to the engine.
請求項2または5に記載された燃料分離装置を備えるエンジンであって、
前記混合燃料のアルコール混入率が相対的に高い場合に前記第1タンクに貯留されている燃料を燃料改質装置を用いて水素ガスを含む燃料に変換することを特徴とするエンジン。
An engine comprising the fuel separation device according to claim 2 or 5,
An engine characterized by converting fuel stored in the first tank into fuel containing hydrogen gas using a fuel reformer when the mixed fuel has a relatively high alcohol mixing rate.
請求項2または5に記載された燃料分離装置を備えるエンジンであって、
前記混合燃料のアルコール混入率が相対的に低い場合に前記第2タンクに貯留されているアルコールを、また前記混合燃料のアルコール混入率が相対的に高い場合に前記第1タンクに貯留されている燃料をそれぞれ燃料改質装置を用いて水素ガスを含む燃料に変換することを特徴とするエンジン。
An engine comprising the fuel separation device according to claim 2 or 5,
Alcohol stored in the second tank is stored in the first tank when the alcohol mixing ratio of the mixed fuel is relatively low, and is stored in the first tank when the alcohol mixing ratio of the mixed fuel is relatively high. An engine characterized by converting fuel into fuel containing hydrogen gas using a fuel reformer.
前記混合燃料のアルコール混入率が相対的に高い場合に前記第1タンクに貯留されている燃料を、前記エンジンの運転条件が高負荷である場合に選択することを特徴とする請求項9に記載のエンジン。   10. The fuel stored in the first tank when the mixed fuel has a relatively high alcohol mixing rate is selected when the operating condition of the engine is a high load. Engine. 請求項6に記載された燃料分理想地を備えるエンジンであって、
前記アルコール混入率が相対的に高くて前記超音波振動子によりアルコールが霧化されない場合に前記高沸点物質分離装置の作動を停止することを特徴とするエンジン。
An engine comprising the ideal fuel distribution area according to claim 6,
An engine characterized by stopping the operation of the high-boiling-point substance separating device when the alcohol mixing rate is relatively high and alcohol is not atomized by the ultrasonic vibrator.
請求項6に記載された燃料分離装置を備えるエンジンの搭載される車両であって、
車両の走行履歴を記憶させ、その記憶させた走行履歴に基づいて高負荷運転の頻度が少ないときに、前記冷却装置の作動を制限することを特徴とするエンジン搭載車両。
A vehicle equipped with an engine comprising the fuel separation device according to claim 6,
An engine-equipped vehicle that stores a travel history of the vehicle and restricts the operation of the cooling device when the frequency of high-load operation is low based on the stored travel history.
請求項6に記載された燃料分離装置を備えるエンジンであって、
エンジンの停止時にも前記超音波振動子及び前記高沸点物質分離装置を作動させておくことを特徴とするエンジン。
An engine comprising the fuel separator according to claim 6,
An engine characterized in that the ultrasonic vibrator and the high-boiling-point substance separator are operated even when the engine is stopped.
請求項6に記載された燃料分離装置を備えるエンジンの搭載され、かつプラグからの充電機能を持つプラグインハイブリッド車両であって、
充電時に前記超音波振動子及び前記高沸点物質分離装置を作動させておくことを特徴とするエンジン搭載車両。
A plug-in hybrid vehicle equipped with an engine including the fuel separation device according to claim 6 and having a charging function from a plug,
An engine-equipped vehicle, wherein the ultrasonic vibrator and the high-boiling-point substance separating device are operated during charging.
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