特許 6012543 内燃機関の燃料供給装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6012543

(24)【登録日】2016年9月30日

(45)【発行日】2016年10月25日

(54)【発明の名称】内燃機関の燃料供給装置

(51)【国際特許分類】

   F02M 25/08 20060101AFI20161011BHJP

   F02M 25/00 20060101ALI20161011BHJP

   F02M 37/00 20060101ALI20161011BHJP

【ＦＩ】

   F02M25/08 301Z

   F02M25/08 B

   F02M25/08 K

   F02M25/00 P

   F02M37/00 301B

   F02M37/00 341C

【請求項の数】5

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2013-107531(P2013-107531)

(22)【出願日】2013年5月21日

(65)【公開番号】特開2014-227893(P2014-227893A)

(43)【公開日】2014年12月8日

【審査請求日】2015年11月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005326

【氏名又は名称】本田技研工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106002

【弁理士】

【氏名又は名称】正林 真之

(74)【代理人】

【識別番号】100120891

【弁理士】

【氏名又は名称】林 一好

(74)【代理人】

【識別番号】100160794

【弁理士】

【氏名又は名称】星野 寛明

(72)【発明者】

【氏名】千嶋 啓之

(72)【発明者】

【氏名】堤 大昂

(72)【発明者】

【氏名】工藤 洋嗣

(72)【発明者】

【氏名】河口 正義

(72)【発明者】

【氏名】重豊 健志

【審査官】 津田 健嗣

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−４０５７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−４０５６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２３６４５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２０３９０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第４７０６５０３（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｍ ２５／０８

Ｆ０２Ｍ ２５／００

Ｆ０２Ｍ ３７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

外部から供給されたアルコールとガソリンの混合燃料を貯留する第１タンクと、
前記第１タンク内の燃料から前記混合燃料よりも高オクタン価燃料を分離する分離システムと、
前記分離システムによって分離された高オクタン価燃料を貯留する第２タンクと、
前記第１及び第２タンクと連通し、これらタンクから排出された燃料蒸気を吸着する吸着剤を備えたキャニスタと、
前記キャニスタと内燃機関の吸気通路とを連通するパージ通路と、を備え、
前記分離システムは、高オクタン価燃料を選択的に透過させる分離膜を備えた分離器と、前記分離膜より前記第２タンク側の圧力を低下させる負圧ポンプと、を備えた内燃機関の燃料供給装置であって、
前記機関の運転状態に基づいて、前記第２タンクにおける分離蒸気の発生量に対する許容量を算出する許容量算出手段と、
前記第２タンクにおける分離蒸気の発生量が前記許容量を超えないように前記負圧ポンプを駆動する負圧ポンプ制御手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。

【請求項2】

前記分離膜より前記第２タンク側の圧力に相当する２次側圧力を検出する圧力センサと、
前記２次側圧力及び前記負圧ポンプの出力に基づいて、前記第２タンクにおける分離蒸気の発生量を予測する発生量予測手段と、をさらに備え、
前記負圧ポンプ制御手段は、前記予測された分離蒸気の発生量が前記許容量を超えない範囲内で前記負圧ポンプの出力を最大にすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料供給装置。

【請求項3】

前記発生量予測手段は、前記２次側圧力又は前記負圧ポンプの出力が低くなるほど前記第２タンクにおける分離蒸気の発生量は少なくなると予測することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の燃料供給装置。

【請求項4】

前記許容量算出手段は、前記機関の回転数が小さくなるほど又は前記機関の出力が低くなるほど前記許容量を少なくすることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の内燃機関の燃料供給装置。

【請求項5】

前記第１タンクに貯留された燃料を前記機関に供給する第１インジェクタと、
前記第２タンクに貯留された燃料を前記機関に供給する第２インジェクタと、
前記第１及び第２インジェクタからの燃料噴射量を制御する噴射量制御手段と、をさらに備え、
前記許容量算出手段は、前記機関に供給すべき燃料量から、前記第１及び第２インジェクタの最低噴射量を減算することによって前記許容量を算出し、
前記噴射量制御手段は、前記機関に供給すべき燃料量から、前記分離蒸気の発生量を減算して得られる量の燃料を前記第１及び第２インジェクタから噴射させることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の内燃機関の燃料供給装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内燃機関の燃料供給装置に関する。より詳しくは、アルコールとガソリンの混合燃料から高オクタン価燃料を分離し、これを貯留するタンクを備えた内燃機関の燃料供給装置に関する。

【背景技術】

【0002】

内燃機関の燃料として、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。なお、アルコール燃料にはエタノールやメタノールなど様々な種類があるが、以下では、アルコール燃料として最も多く普及しているエタノールを例として説明する。

【0003】

このような混合燃料の普及とあわせて、外部から給油された混合燃料を、車両上で高ガソリン濃度の燃料と高エタノール濃度の燃料に再び分離する分離装置に関する研究も進められている。ガソリンとエタノールとでは、例えばオクタン価や発熱量など燃料物性において様々な異なる点があるため、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、用途に応じてガソリンとエタノールとを使い分けた方が好ましい場合がある。

【0004】

特許文献１には、混合燃料から高オクタン価燃料を選択的に透過させる分離膜を備えた分離器によって低オクタン価燃料と高オクタン価燃料とに分離し、これらを内燃機関に供給する燃料供給装置が開示されている。特許文献１の燃料供給装置では、負圧ポンプによって分離器の２次側圧力（透過側圧力）を負圧にすることによって、分離器における混合燃料の分離を促進している。また、特許文献１の燃料供給装置では、メインタンクとサブタンクとの２つの燃料タンクを備えており、外部から給油された混合燃料及び分離器によって分離された低オクタン価燃料をメインタンクに貯留し、分離器によって分離された高オクタン価燃料をサブタンクに貯留する。

【0005】

また、分離器によって混合燃料を分離すると分離蒸気が発生する。このため、特許文献１の燃料供給装置では、メインタンク及びサブタンクを共通のキャニスタに接続し、メインタンクで発生した低オクタン価の燃料蒸気とサブタンクで発生した高オクタン価の分離蒸気とを共通のパージ通路を介して吸気通路に排出し、内燃機関で燃焼させている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１３−４０５６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ところで、負圧ポンプの出力を高くすると、分離器の２次側の排出速度も高くなり、ひいては混合燃料の分離速度も高くなる。このため、分離器における分離効率だけを考慮すれば、負圧ポンプの出力はできるだけ高くすることが好ましい。しかしながら、負圧ポンプの出力を高くすればそれだけサブタンクにおいて発生する分離蒸気も増加してしまう。また、内燃機関で処理できる燃料蒸気の量には限界があることから、分離蒸気が多く発生するとパージバルブによってパージ通路を閉じる頻度が高くなり、ひいてはキャニスタに導入される空気の量も少なくなり、結果としてパージ効率が低下するおそれがある。

【0008】

本発明は、キャニスタのパージ効率を低下させることなく効率的に混合燃料を分離できる内燃機関の燃料供給装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

（１）本発明は、外部から供給されたアルコールとガソリンの混合燃料を貯留する第１タンク（例えば、後述の主タンク１０）と、前記第１タンク内の燃料から前記混合燃料よりも高オクタン価燃料を分離する分離システム（例えば、後述の燃料分離システム１）と、前記分離システムによって分離された高オクタン価燃料を貯留する第２タンク（例えば、後述の副タンク１６）と、前記第１及び第２タンクと連通し、これらタンクから排出された燃料蒸気を吸着する吸着剤を備えたキャニスタ（例えば、後述のキャニスタ４１）と、前記キャニスタと内燃機関の吸気通路とを連通するパージ通路（例えば、後述のパージ通路４５）と、を備えた内燃機関（例えば、後述のエンジン２）の燃料供給装置（例えば、後述の燃料供給装置３）を提供する。前記分離システムは、高オクタン価燃料を選択的に透過させる分離膜（例えば、後述の分離膜１２２）を備えた分離器（例えば、後述の分離器１２）と、前記分離膜より前記第２タンク側の圧力を低下させる負圧ポンプ（例えば、後述の真空ポンプ１７）と、を備える。前記燃料供給装置は、前記機関の運転状態に基づいて、前記第２タンクにおける分離蒸気の発生量に対する許容量（例えば、後述の最大蒸気許容量Ａ）を算出する許容量算出手段（例えば、後述のＥＣＵ６、及び図２のＳ１の実行に係る手段）と、前記第２タンクにおける分離蒸気の発生量が前記許容量を超えないように前記負圧ポンプを駆動する負圧ポンプ制御手段（例えば、後述のＥＣＵ６、及び図２のフローチャートの実行に係る手段）と、を備える。

【0010】

（２）この場合、前記燃料供給装置は、前記分離膜より前記第２タンク側の圧力に相当する２次側圧力を検出する圧力センサ（例えば、後述の負圧センサ１２７）と、前記２次側圧力及び前記負圧ポンプの出力に基づいて、前記第２タンクにおける分離蒸気の発生量を予測する発生量予測手段（例えば、後述のＥＣＵ６、及び図５のマップにより分離蒸気発生量を予測する手段）と、をさらに備え、前記負圧ポンプ制御手段は、前記予測された分離蒸気の発生量が前記許容量を超えない範囲内で前記負圧ポンプの出力を最大にすることが好ましい。

【0011】

（３）この場合、前記発生量予測手段は、前記２次側圧力又は前記負圧ポンプの出力が低くなるほど前記第２タンクにおける分離蒸気の発生量は少なくなると予測することが好ましい。

【0012】

（４）この場合、前記許容量算出手段は、前記機関の回転数が小さくなるほど又は前記機関の出力が低くなるほど前記許容量を少なくすることが好ましい。

【0013】

（５）この場合、前記燃料供給装置は、前記第１タンクに貯留された燃料を前記機関に供給する第１インジェクタ（例えば、後述のダイレクトインジェクタ５１）と、前記第２タンクに貯留された燃料を前記機関に供給する第２インジェクタ（例えば、後述のポートインジェクタ５２）と、前記第１及び第２インジェクタからの燃料噴射量を制御する噴射量制御手段（例えば、後述のＥＣＵ６、及び図６のフローチャートの実行に係る手段）と、をさらに備え、前記許容量算出手段は、前記機関に供給すべき燃料量から、前記第１及び第２インジェクタの最低噴射量を減算することによって前記許容量を算出し、前記噴射量制御手段は、前記機関に供給すべき燃料量から、前記分離蒸気の発生量を減算して得られる量の燃料を前記第１及び第２インジェクタから噴射させることが好ましい。

【発明の効果】

【0014】

（１）本発明では、分離システムによって混合燃料を分離することによって得られた高オクタン価燃料を第２タンクに貯留するとともに、この第２タンクを第１タンクと共通のキャニスタに接続する。これにより、負圧ポンプを駆動し混合燃料を分離することによって第２タンクにおいて発生した燃料蒸気（分離蒸気）を、燃料供給装置の外に排出することなく、機関で燃焼させることができる。特に本発明では、機関の運転状態に基づいて、第２タンクにおける分離蒸気の発生に対する許容量を算出し、実際の分離蒸気の発生量がこの許容量を超えないように負圧ポンプを駆動する。したがって本発明によれば、許容量が比較的少ない場合には負圧ポンプの出力を小さくすることにより、パージ通路に設けられたパージ弁を閉じる頻度を少なくできるので、混合燃料の分離によってパージ効率が低下するのを防止できる。また、許容量が比較的多い場合には負圧ポンプの出力を大きくすることにより、パージ効率を低下させることなく分離器における分離効率を高くできる。

【0015】

（２）本発明では、分離膜より第２タンク側の２次側圧力を圧力センサによって検出し、この２次側圧力及び負圧ポンプの出力に基づいて分離蒸気の発生量を予測する。これにより分離蒸気の発生量を精度良く予測できる。また、本発明では、この予測した分離蒸気の発生量が許容量を超えない範囲で負圧ポンプの出力を最大にする。これにより、パージ効率が低下する程度に過剰な量の分離蒸気が生成されるのを防止しながら、分離器における分離効率を高くできる。

【0016】

（３）本発明では、２次側圧力又は負圧ポンプの出力が低くなるほど分離蒸気の発生量は少なくなると予測する。これにより分離蒸気の発生量をさらに精度良く予測できる。

【0017】

（４）本発明では、機関の回転数が小さくなるほど又は機関の出力が低くなるほど許容量を少なくする。これにより、機関に供給される分離蒸気の量に過不足が生じてしまい、機関のシリンダ内に形成される混合気の空燃比や、シリンダ内の高オクタン価燃料の濃度が最適な大きさからずれるのを防止できる。

【0018】

（５）本発明では、機関に供給すべき燃料量から、第１及び第２インジェクタの最低噴射量を減算することによって、許容量を算出する。これにより、分離蒸気の発生量に対する許容量を精度良く算出することができる。また、このように分離蒸気の発生量に対する許容量を精度良く算出した上で、第１及び第２インジェクタからは、機関に供給すべき燃料量から余剰分となる分離蒸気の発生量を減算して得られる量の燃料を噴射させることにより、機関に供給される燃料の総量に過不足が生じてしまい、機関のシリンダ内に形成される混合気の空燃比や、シリンダ内の高オクタン価燃料の濃度が最適な大きさからずれるのを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の一実施形態に係るエンジンとその燃料供給装置の構成を示す図である。

【図2】燃料分離システムにおいて混合燃料を分離する際における真空ポンプの出力を決定する手順を規定したフローチャートである。

【図3】第１許容量決定マップの具体的な例を示す図である。

【図4】エンジンに供給される燃料の内訳を

【図5】負圧センサによって検出された負圧及び真空ポンプの出力と、副タンクにおける分離蒸気発生量との関係を示すグラフである。

【図6】ダイレクトインジェクタ及びポートインジェクタからの燃料噴射量を定める手順を規定したフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0020】

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内燃機関（以下、単に「エンジン」という）２と、その燃料供給装置３の構成を示す図である。

【0021】

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と、シリンダヘッド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。すなわち、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。

【0022】

エンジン２には、点火プラグ２９が設けられている。エンジン２は、後述の燃料噴射システム５及び燃料蒸気処理システム４から供給された燃料とスロットル弁２８を介して供給された空気とで形成された混合気を点火プラグ２９で点火することによって燃焼する。

【0023】

燃料供給装置３は、外部から給油されたガソリンとエタノールの混合燃料を低オクタン価燃料と高オクタン価燃料とに分離する燃料分離システム１と、蒸発燃料を処理する燃料蒸気処理システム４と、分離した燃料をエンジン２に噴射する燃料噴射システム５と、これらの電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）６と、を備える。以下、各システム１，４，５の構成及び機能について順に説明する。

【0024】

＜燃料分離システム１＞
燃料分離システム１は、主タンク１０と、燃料ヒータ１１と、分離器１２と、ラジエータ１３と、凝縮器１４と、バッファタンク１５と、副タンク１６と、真空ポンプ１７と、圧力制御弁１８と、を備える。この燃料分離システム１は、分離器１２に設けられた後述の分離膜１２２において、主タンク１０と燃料ヒータ１１とラジエータ１３とからなり主に低オクタン価燃料が流通する１次側装置と、凝縮器１４とバッファタンク１５と副タンク１６と真空ポンプ１７と圧力制御弁１８からなり主に高オクタン価燃料が流通する２次側装置とに分けられる。

【0025】

始めに、燃料分離システム１の１次側装置の構成について説明する。
主タンク１０は、図示しない外部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。

【0026】

燃料ヒータ１１は、エンジン２の冷却水（ＬＬＣ）の流路に接続された冷却水循環路１１１と、主タンク１０から第１燃料循環路１０１を介して供給された混合燃料を加熱する熱交換器１１２と、冷却水循環路１１１内で冷却水を圧送する図示しないポンプと、を備える。

【0027】

熱交換器１１２は冷却水循環路１１１を流れる冷却水を熱源として、第１燃料循環路１０１から供給された混合燃料を熱交換によって加熱する。これにより、後述する分離器１２の分離膜１２２に供給される燃料の一部が気化し、分離膜１２２による分離効率が向上する。また、冷却水循環路１１１には、冷却水の流量、ひいては熱交換器１１２における燃料の加熱効率を調整する流量調整弁１１３が設けられている。

【0028】

なお、本実施形態では、分離器１２に供給される燃料を加熱する燃料ヒータ１１として、エンジン２の冷却水を熱源とする熱交換器１１２を備えたものを例に説明したが、燃料を加熱する手段はこれに限らない。例えば、熱交換器１１２に替えて電気ヒータを用いてもよい。また、熱交換器１１２と電気ヒータとを併用してもよい。

【0029】

分離器１２は、熱交換器１１２により加熱された混合燃料を、浸透気化法（パーベーパレーション法）によって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。

【0030】

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１次側の高圧室１２３及び２次側の低圧室１２４と、低圧室１２４の圧力を検出する負圧センサ１２７と、を備える。高圧室１２３は、第２燃料循環路１１４を介して熱交換器１１２に接続される。低圧室１２４は、２次側装置の後述の凝縮器１４に接続される。

【0031】

分離器１２では、高圧室１２３に熱交換器１１２によって加熱された燃料を流通させ、低圧室１２４内を真空ポンプ１７によって負圧にすると、気体状態にある高オクタン価成分のエタノール及び芳香族が分離膜１２２を選択的に透過し、高オクタン価燃料として低圧室１２４内に浸出する。一方、高圧室１２３内には、低オクタン価燃料が残留する。これにより、主タンク１０から供給された混合燃料は、分離器１２において高オクタン価燃料と低オクタン価燃料とに分離される。この分離器１２における分離効率は、供給される燃料の温度及び流量や、低圧室１２４内の負圧の大きさ等によって変化する。

【0032】

負圧センサ１２７は、低圧室１２４内における負圧、すなわち大気圧と低圧室１２４内の圧力との差を検出し、検出値に略比例した出力をＥＣＵ６に送信する。

【0033】

ラジエータ１３は、第３燃料循環路１２５を介して分離器１２から供給された低オクタン価燃料を冷却し、第４燃料循環路１３１を介して主タンク１０へ供給する。ラジエータ１３には、例えばフィン１３３と図示しない冷却ファンとを備えた空冷式のものが用いられるが、本発明はこれに限らない。ラジエータ１３は、例えば水冷式でもよい。なお、第４燃料循環路１３１には、燃料ヒータ１１からラジエータ１３までの燃料高温区間内で燃料が沸騰するのを防止するため、当該高温区間内の燃料圧力を規定値以上にするレギュレータ１３２が設けられている。

【0034】

以上のように、燃料分離システム１の１次側循環流路は、主タンク１０、第１燃料循環路１０１、燃料ヒータ１１、第２燃料循環路１１４、分離器１２の高圧室１２３、第３燃料循環路１２５、ラジエータ１３、及び第４燃料循環路１３１によって形成される。

【0035】

また、燃料分離システム１には、以上のような１次側循環流路を流れる燃料の温度を検出する複数の温度センサ９１，９２，９３が設けられている。入口温度センサ９１は、第１燃料循環路１０１を流れ熱交換器１１２に供給される直前の燃料の温度を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ６に送信する。膜前温度センサ９２は、第２燃料循環路１１４を流れ、分離器１２の分離膜１２２に供給される前の燃料の温度（以下、「膜前燃料温度」という）を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ６に送信する。タンク温度センサ９３は、第４燃料循環路１３１を流れ、主タンク１０に戻される燃料の温度を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ６に送信する。

【0036】

ＥＣＵ６は、これら温度センサ９１〜９３の出力に基づいて膜前燃料温度を所定の温度に維持しながら、主タンク１０に設けられた循環ポンプ１０２によって主タンク１０に貯留されている混合燃料を１次側循環流路で循環させる。これにより、分離器１２によってこの循環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、主タンク１０内に当初貯留されていた混合燃料から高オクタン価燃料が徐々に除かれるので、主タンク１０内には低オクタン価燃料が残留する。なお以下では、主タンク１０内に貯留された燃料を主燃料ともいう。

【0037】

次に、燃料分離システム１の２次側装置の構成について説明する。
凝縮器１４は、第１燃料排出路１２６を介して分離器１２の低圧室１２４に接続され、低圧室１２４内に浸出した気体状態の高オクタン価燃料を凝縮する。凝縮器１４には、プレート状の複数のフィン１４１と、図示しない冷却ファンとを備えた空冷式のものが用いられるが、本発明はこれに限らない。凝縮器１４は、例えば水冷式でもよい。

【0038】

バッファタンク１５は、第２燃料排出路１４２を介して凝縮器１４に接続され、凝縮器１４によって凝縮された高オクタン価燃料を負圧下で一時的に貯留する。バッファタンク１５の鉛直方向上部のうち、第２燃料排出路１４２の近傍は、空気排出路１５１を介して真空ポンプ１７及び副タンク１６と接続されている。バッファタンク１５の鉛直方向下部は、第３燃料排出路１５２を介して副タンク１６に接続されている。また、第２燃料排出路１４２には、バッファタンク１５側から凝縮器１４側へ燃料が逆流するのを防止する第１逆止弁１４３が設けられている。第３燃料排出路１５２には、副タンク１６側からバッファタンク１５側へ燃料が逆流するのを防止する第２逆止弁１５３が設けられている。

【0039】

副タンク１６は、バッファタンク１５から排出された高オクタン価燃料を貯留する。副タンク１６は、後述するようにキャニスタ４１を介して大気と連通している。したがって、副タンク１６の内部は、基本的には大気圧とほぼ等しい。なお、以上のように構成された２次側装置のうち、分離器１２と、凝縮器１４と、バッファタンク１５と、副タンク１６とは、鉛直方向に沿って上方から下方へ向かってこの順で設けられるのが好ましい。これにより、分離器１２において分離された高オクタン価燃料は、その自重を利用して副タンク１６内に回収される。

【0040】

空気排出路１５１は、バッファタンク１５の鉛直方向上部から、副タンク１６内のうち高オクタン価燃料が溜まる底部に至る。真空ポンプ１７は、空気排出路１５１に設けられ、バッファタンク１５側から副タンク１６側へ燃料蒸気及び空気を圧送することによって分離器１２の低圧室１２４、凝縮器１４及びバッファタンク１５の内部を負圧にする。真空ポンプ１７は、図示しないドライバを介してＥＣＵ６に接続されており、その出力は後述の図２に示す手順に従ってＥＣＵ６によって制御される。

【0041】

また空気排出路１５１のうち、真空ポンプ１７よりバッファタンク１５側には、大気圧解放管１５４が分岐して設けられている。大気圧解放管１５４は、空気排出路１５１から副タンク１６内のうち大気と連通する上部に至る。圧力制御弁１８は、大気圧解放管１５４に設けられる。

【0042】

次に、以上のように構成された燃料分離システム１の２次側装置によって、混合燃料から高オクタン価燃料を分離し、これを副タンク１６内に貯留させるまでの手順について説明する。この２次側装置の制御手順は、（ａ）混合燃料から高オクタン価燃料を分離する分離ステップと、（ｂ）分離した高オクタン価燃料を副タンク１６に回収する回収ステップとの２つの手順に分けられる。

【0043】

（ａ）分離ステップでは、１次側装置によって混合燃料を循環させた状態で、圧力制御弁１８を閉じ、さらに真空ポンプ１７を所定の出力で駆動する。真空ポンプ１７を駆動すると、バッファタンク１５、凝縮器１４、及び分離器１２の低圧室１２４内の燃料蒸気及び空気が副タンク１６へ排出される。この際、圧力制御弁１８は閉じているので、大気圧解放管１５４を介して副タンク１６内の燃料蒸気及び空気がバッファタンク１５側へ流れることはない。また、バッファタンク１５と副タンク１６との間には第２逆止弁１５３が設けられているので、第３燃料排出路１５２を介して副タンク１６内の燃料や空気がバッファタンク１５側へ流れることもない。したがって、真空ポンプ１７を所定の出力で駆動し続けると、分離器１２の低圧室１２４、凝縮器１４、及びバッファタンク１５の内部は、負圧になる。なお、この分離ステップにおいて真空ポンプ１７の出力を定める具体的な手順については、後に図２〜図５を参照して詳細に説明する。

【0044】

低圧室１２４の内部が負圧になると、分離膜１２２の機能により高圧室１２３から低圧室１２４側へエタノール及び芳香族からなる気体状態の高オクタン価燃料が浸出する。気体状態で浸出した高オクタン価燃料は、凝縮器１４によって凝縮され、バッファタンク１５の底部に溜まる。分離ステップでは、バッファタンク１５内にある程度の量の高オクタン価燃料が溜まるまで真空ポンプ１７を駆動し続ける。そして、バッファタンク１５内にある程度の量の高オクタン価燃料が溜まると、次の回収ステップへ移る。

【0045】

ところで、以上のような分離ステップにおいて、バッファタンク１５の上部には凝縮しきれなかった気体状態の高オクタン価燃料、すなわち燃料蒸気が溜まる。以下では、このような高オクタン価燃料由来の燃料蒸気は、主タンク１０内で発生する低オクタン価燃料由来の燃料蒸気と区別するため、分離蒸気という。また、主タンク１０内で発生する低オクタン価燃料由来の燃料蒸気は、上記分離蒸気と区別するため、ガソリン蒸気という。このバッファタンク１５の上部に溜まった分離蒸気は、真空ポンプ１７によって副タンク１６の底部へ供給される。したがって、副タンク１６内に凝縮した高オクタン価燃料が既に溜まっている場合、真空ポンプ１７によって副タンク１６の底部に圧送された分離蒸気は、この凝縮した高オクタン価燃料内で再凝縮が促される。本実施形態では、このように分離蒸気の凝縮を促すことにより、できるだけ副タンク１６内に分離蒸気が発生しないようにしている。

【0046】

（ｂ）回収ステップでは、真空ポンプ１７を停止するとともに、圧力制御弁１８を開くことにより、大気圧解放管１５４を介してバッファタンク１５と副タンク１６とを連通させる。これにより、バッファタンク１５の内部の圧力は、副タンク１６とほぼ等しい大気圧まで上昇する。また、バッファタンク１５の内部の圧力が上昇すると、その底部に溜まっていた高オクタン価燃料は、その自重により副タンク１６内に回収される。以上のようにしてバッファタンク１５内の高オクタン価燃料が副タンク１６内に回収された後は、再び上記分離ステップを実行する。なお、この回収ステップでは、バッファタンク１５よりも上方の凝縮器１４及び分離器１２の低圧室１２４の内部は、燃料の分離進行分の負圧低下があるのみでありバッファタンク１５よりも負圧が維持される。したがって回収ステップ中も、分離膜１２２における分離は継続される。

【0047】

２次側装置では、以上のような分離ステップと回収ステップとを繰り返し実行することにより、副タンク１６内に高オクタン価燃料が回収される。なお以下では、副タンク１６内に貯留されている燃料を副燃料ともいう。

【0048】

＜燃料蒸気処理システム４＞
燃料蒸気処理システム４は、キャニスタ４１と、キャニスタ４１と主タンク１０とを接続する主蒸気流路４２と、キャニスタ４１と副タンク１６とを接続する副蒸気流路４３と、キャニスタ４１とエンジン２の吸気ポート２７とを接続するパージ通路４５と、パージ通路４５を開閉するパージバルブ４６と、を備える。

【0049】

主タンク１０内で発生した燃料蒸気であるガソリン蒸気は、二方弁４７が設けられた主蒸気流路４２を介してキャニスタ４１へ導入される。また、副タンク１６内で発生した燃料蒸気である分離蒸気は、二方弁４９が設けられた副蒸気流路４３を介してキャニスタ４１へ導入される。

【0050】

キャニスタ４１は、大気通路４８を介して大気と連通しており、その内部はほぼ大気圧と等しくなっている。またキャニスタ４１は、活性炭素等の吸着剤を内蔵しており、この吸着剤にガソリン蒸気及び分離蒸気を吸着して保持させることによって、これら燃料蒸気が大気に放出されるのを防止する。エンジン２の運転中にパージバルブ４６を開くと、キャニスタ４１の吸着剤に保持されていた燃料は、大気通路４８を介して導入された空気によって脱離し、負圧状態となっている吸気ポート２７へ向けてパージ通路４５を介して導入され、燃焼される。

【0051】

ところでパージバルブ４６を開くと、キャニスタ４１の吸着剤に保持されていた燃料蒸気だけでなく、主蒸気流路４２や副蒸気流路４３からキャニスタ４１へ排出された燃料蒸気が、吸着剤に保持されることなくそのまま吸気ポート２７へ導入される場合がある。燃料分離システム１において真空ポンプ１７を駆動し高オクタン価燃料を分離している間は、とりわけ多くの分離蒸気が副タンク１６内に発生する。このため、真空ポンプ１７を駆動している間は、特に余分な量の分離蒸気が吸気ポート２７へ導入されるようになっている。

【0052】

＜燃料噴射システム５＞
燃料噴射システム５は、エンジン２のシリンダ２３内に臨んで設けられたダイレクトインジェクタ５１と、エンジン２の吸気ポート２７内に臨んで設けられたポートインジェクタ５２と、主燃料通路５５を介して主タンク１０内に貯留された主燃料をダイレクトインジェクタ５１へ圧送する主ポンプ５３と、副燃料通路５６を介して副タンク１６内に貯留された副燃料をポートインジェクタ５２へ圧送する副ポンプ５４と、を備える。

【0053】

ダイレクトインジェクタ５１は、主ポンプ５３によって供給された比較的低オクタン価の主燃料を、エンジン２のシリンダ２３内に直接噴射する。ダイレクトインジェクタ５１は、図示しないドライバを介してＥＣＵ６に接続される。ダイレクトインジェクタ５１の開弁時期及び開弁時間、すなわち主燃料の噴射時期及び噴射量は、ＥＣＵ６によって制御される。

【0054】

ポートインジェクタ５２は、副ポンプ５４によって供給された比較的高オクタン価の副燃料を、エンジン２の吸気ポート２７内に噴射する。ポートインジェクタ５２は、図示しないドライバを介してＥＣＵ６に接続される。ポートインジェクタ５２の開弁時期及び開弁時間、すなわち副燃料の噴射時期及び噴射量は、ＥＣＵ６によって制御される。

【0055】

上述のように、エンジン２には、この燃料噴射システム５の他、燃料蒸気処理システム４からも燃料蒸気が供給される。したがって、これらインジェクタ５１，５２の燃料噴射量を決定するにあたっては、これら燃料蒸気処理システム４から導入される燃料蒸気の量が考慮される。なお、インジェクタ５１，５２の燃料噴射量を決定する具体的な手順については、後に図６を参照して説明する。

【0056】

図２は、燃料分離システムにおける真空ポンプの制御手順、すなわち燃料分離システムにおいて混合燃料を分離する際における真空ポンプの出力を決定する手順を規定したフローチャートである。この処理は、上述の分離ステップを実行している間にＥＣＵおいて所定の周期ごとに実行される。

【0057】

図１を参照して説明したように、真空ポンプ１７を駆動し、バッファタンク１５、凝縮器１４、及び分離器１２の低圧室１２４の内部から空気を排出すると気体状態の高オクタン価燃料が分離膜１２２を透過する。したがって、副タンク１６内における分離蒸気の発生量と真空ポンプ１７の出力との間には相関がある。以下では、この相関関係に着目し、過剰な量の分離蒸気が吸気ポート２７に導入されないように真空ポンプ１７の出力を決定する手順を説明する。

【0058】

始めにＳ１では、副タンクにおける分離蒸気の発生量に対する許容量に相当する最大蒸気許容量Ａをエンジンの運転状態に基づいて算出し、Ｓ２に移る。図２に示すように、この最大蒸気許容量Ａを決定するプロセスは、異なるアルゴリズムに従って２種類の許容量Ａ１，Ａ２を算出するステップＳ１Ａ，Ｓ１Ｂと、これら２つの許容量Ａ１，Ａ２のうち何れか小さい方を確定値として採用するステップＳ１Ｃと、で構成される。以下、２種類の許容量Ａ１，Ａ２を算出する具体的な手順について説明する。

【0059】

Ｓ１Ａでは、現在のエンジン回転数及びエンジントルクを取得し、これら取得したエンジン回転数及びエンジントルクに基づいて、予め定められた第１許容量決定マップを検索することによって第１許容量Ａ１を算出する。

【0060】

図３は、第１許容量決定マップの具体的な例を示す図である。なお図３には、エンジン回転数及びエンジントルクを入力として第１許容量Ａ１を決定する３次元のマップを２次元に簡略化したものを示す。図３に示すマップによれば、第１許容量Ａ１は、エンジン回転数が小さくなるほど又はエンジントルクが低下するほど少なくなる。

【0061】

図２に戻って、Ｓ１Ｂでは、エンジンに供給すべき燃料量から、ダイレクトインジェクタ及びポートインジェクタの最低噴射量と、キャニスタの吸着剤から脱離しパージ通路を介して供給される燃料蒸気の量とを減算することによって、第２許容量Ａ２を算出する。

【0062】

図４は、エンジンに供給される燃料の内訳を模式的に示す図であり、かつ第２許容量の概念を説明するための図である。
図４の縦軸は、エンジンに供給される燃料量を示す。ただし、本実施形態では、比較的熱量の高いガソリンを多く含む主燃料をダイレクトインジェクタから噴射し、比較的熱量の低いエタノールを多く含む副燃料をポートインジェクタから噴射する。すなわち、本実施形態では熱量の異なる主燃料と副燃料がエンジンに供給される。したがって、図４、Ｓ１Ｂにおける演算、及び以下の演算において、このような熱量の異なる主燃料や副燃料を合算したり減算したりする場合、燃料の質量［ｍｇ］に単位質量当たりの熱量［Ｊ／ｍｇ］を乗じて得られる熱量［Ｊ］に適宜換算して扱うものとする。

【0063】

本実施形態の燃料供給装置では、エンジンには燃料噴射システムと燃料蒸気システムとの両方から燃料が供給される。したがって、図４において左側のグラフに示すように、分離蒸気の分を除外すれば、ダイレクトインジェクタから噴射される主燃料と、ポートインジェクタから噴射される副燃料と、キャニスタの吸着剤から脱離した燃料蒸気と、を合わせた燃料がエンジンに供給される。

【0064】

パージバルブを開いた状態では、吸着剤から脱離した燃料蒸気の量は自由に制御できないが、ダイレクトインジェクタからの主燃料の噴射量及びポートインジェクタからの副燃料の噴射量については、比較的自由に制御できる。したがって、副タンクにおいて余分な分離蒸気が発生した場合、これらインジェクタからの噴射量を適宜減量することによって、エンジンに供給される燃料の量を常に要求に応じた量に維持することができる。ただし、ダイレクトインジェクタやポートインジェクタは高温環境下にさらされるため、これらインジェクタからは常に所定の最低噴射量に相当する量の燃料を噴射し続ける必要がある。したがって、図４に示すように、エンジンに供給すべき燃料から、ダイレクトインジェクタの最低噴射量と、ポートインジェクタの最低噴射量と、キャニスタの吸着剤から脱離した燃料蒸気の量とを減算して得られる第２許容量は、副タンクにおける分離蒸気の発生量に対する許容量とみなすことができる。なお、Ｓ１Ｂにおける演算において、エンジンに供給すべき燃料量は、例えばエンジン回転数及びエンジントルク等から既知の方法によって算出される。また、キャニスタの吸着剤から脱離しパージ通路を介して供給される燃料蒸気の量も、既知の方法によって算出される。

【0065】

図２に戻って、Ｓ１Ｃでは、算出した第１許容量Ａ１及び第２許容量Ａ２のうち、何れか小さい方を最大蒸気許容量Ａとし（Ａ＝Ｍｉｎ（Ａ１，Ａ２））、Ｓ２に移る。このように何れか小さい方を最大蒸気許容量Ａとして確定することにより、過剰な量の分離蒸気が吸気ポートに供給されないようにできる。

【0066】

Ｓ２では、現在の負圧センサの出力に基づいて最大分離蒸気発生量Ｂｍａｘを算出する。この最大分離蒸気発生量Ｂｍａｘとは、真空ポンプの出力を最大とした場合に副タンク内に発生する分離蒸気の量を示す。

【0067】

図５は、２次側圧力（負圧センサを利用して検出される分離器の低圧室側の圧力）及び真空ポンプの出力と、副タンクにおける分離蒸気発生量と関係を示すグラフである。図１に示すように、真空ポンプの出力を高くするほど、分離器の低圧室から多くの空気及び燃料蒸気が副タンクへ向けて排出されるため、副タンクにおける分離蒸気発生量は増加すると予測される。また、低圧室の圧力が高くなるほど（換言すると、負圧が大きくなるほど）、真空ポンプの排出量が増加するため、副タンクにおける分離蒸気発生量は増加すると予測される。このため、予め実験を行うことにより、現在の負圧及び真空ポンプの出力に基づいて、分離蒸気発生量を予測する図５に示すようなマップを構築することができる。

【0068】

図２に戻って、Ｓ２では、現在の負圧センサの出力に基づいて図５に示すマップを検索することにより、真空ポンプの出力を最大と仮定した場合における分離蒸気の発生量を予測し、これを最大分離蒸気発生量Ｂｍａｘとする。

【0069】

Ｓ３では、最大蒸気発生量Ｂｍａｘは最大蒸気許容量Ａ以下であるか否かを判別する。
Ｓ３の判別がＹＥＳである場合、真空ポンプを最大出力で駆動し続けたとしても最大蒸気許容量Ａを超える分離蒸気が発生することはないと予測し、真空ポンプの出力を最大にする（Ｓ４）。

【0070】

Ｓ３の判別がＮＯである場合、真空ポンプを最大出力で駆動し続けたとすると最大蒸気許容量Ａを超える分離蒸気が発生するおそれがあると予測し、Ｓ５に移る。Ｓ５では、現在の負圧に基づいて、分離蒸気発生量が最大蒸気許容量Ａとなるような真空ポンプの出力を算出し、Ｓ６に移る。より具体的には、現在の負圧と最大蒸気許容量Ａに基づいて、図５に示すマップを逆に検索することによって、分離蒸気発生量が最大蒸気許容量Ａとなるような真空ポンプの出力を算出し、決定した出力になるように真空ポンプの出力を制限する。

【0071】

以上をまとめると、図２に示す真空ポンプの制御手順に従えば、真空ポンプの出力は、図５に示すマップに従って予測される分離蒸気発生量が最大蒸気許容量Ａを超えない範囲内で最大になるように制御される。これにより、燃料分離システムにおける分離効率をできるだけ大きくしながら、過剰な量の分離蒸気がパージ通路から吸気ポートへ排出されないようにできる。

【0072】

図６は、ダイレクトインジェクタ及びポートインジェクタからの燃料噴射量を定める手順を規定したフローチャートである。この処理は、ＥＣＵにおいて所定の周期ごとに実行される。
図１に示すように、副タンク１６と吸気ポート２７とは、副蒸気流路４３、キャニスタ４１、及びパージ通路４５を介して接続されている。したがって、副タンク１６内で発生した分離蒸気が吸気ポート２７へ到達するまでには所定の時間がかかる。したがって、図２に示す手順に従い、分離蒸気発生量が最大蒸気発生量Ｂｍａｘ或いは最大蒸気許容量Ａになるように真空ポンプの出力を制御しても、この量に応じた分離蒸気が吸気ポートに導入されるまでには、これら通路の長さに応じた遅れがある。以下では、この遅れを考慮して各インジェクタからの燃料噴射量を定める具体的な手順を説明する。

【0073】

Ｓ１１では、エンジン回転数やエンジントルク等のパラメータに基づいて、予め定められたマップを検索することにより、パージ通路からの燃料蒸気の供給が無いと仮定した場合におけるダイレクトインジェクタからの主燃料の基本噴射量と、ポートインジェクタからの副燃料の基本噴射量とを算出する。

【0074】

Ｓ１２では、キャニスタの吸着剤から脱離し、吸気ポートに導入される燃料蒸気の量を算出し、これを基本パージ量とする。
Ｓ１３では、所定の分離蒸気遅れ時間前における負圧及び真空ポンプの出力を取得し、これら負圧及び真空ポンプの出力に基づいて図５に示すようなマップを検索することによって、遅れ時間前における副タンク内の分離蒸気発生量を算出する。上述のように、副タンクで発生した分離蒸気が吸気ポートに導入されるまでには遅れがある。したがって、所定の分離蒸気遅れ時間前における副タンク内の分離蒸気発生量は、現在、吸気ポートに導入される分離蒸気量とみなすことができる。なお、この分離蒸気遅れ時間は、予め実験を行うことによって特定される。

【0075】

Ｓ１４では、主燃料及び副燃料の基本噴射量から、基本パージ量及び分離蒸気発生量を減算することにより、主燃料及び副燃料の噴射量を決定する。なお、主燃料及び副燃料の基本噴射量からこれら基本パージ量及び分離蒸気発生量を減算するには、様々な態様が考えられる。すなわち、これら余剰となる基本パージ量及び分離蒸気発生量に相当する量の燃料を、（ａ）主燃料から優先的に削減する場合と、（ｂ）副燃料を優先的に削減する場合と、（ｃ）主燃料と副燃料との両方を所定の割合で削減する場合と、があるが、本発明では（ａ）〜（ｃ）の何れの態様でもよい。ただし、（ｃ）主燃料と副燃料との両方を所定の割合で削減する場合、例えば、シリンダ内における副燃料由来のエタノール濃度が一定になるようにすることが最も好ましい。

【0076】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限るものではない。
例えば、図２のＳ１Ａでは、エンジンの運転状態を特定する複数の因子のうち、エンジン回転数とエンジントルクとに着目し、これら２つの因子に基づいて第１許容量を算出したが、本発明はこれに限らない。第１許容量は、エンジン回転数やエンジントルクだけでなく、水温や外気温度など他のエンジンの運転状態を特定する因子に基づいて決定してもよい。

【0077】

また、上記実施形態では、負圧センサ１２７を分離器１２の低圧室１２４に設けた場合について説明したが、負圧センサ１２７を設ける場所はこれに限らない。上述のように、真空ポンプ１７を駆動すると、分離器１２の低圧室１２４だけでなく、凝縮器１４及びバッファタンク１５の内部も負圧になる。したがって、負圧センサ１２７は、バッファタンク１５や凝縮器１４など、真空ポンプ１７を駆動すると負圧になる場所であればどこでもよい。

【0078】

なお、上記実施形態では、キャニスタ４１は、パージ通路４５を介してスロットル弁２８の下流側に接続した場合について説明したが、本発明はこれに限るものではない。例えば、過給機を備えたエンジンでは、過給機より下流側が正圧となってしまい、上記パージ通路４５のみでは燃料蒸気を十分に供給できない場合がある。したがって過給機を備えたエンジンに本発明を適用する場合、キャニスタ４１と過給機より上流側の部分とを接続するパージ通路をさらに追加して設けてもよい。

【符号の説明】

【0079】

２…エンジン（内燃機関）
３…燃料供給装置
１…燃料分離システム（分離システム）
１０…主タンク（第１タンク）
１２…分離器
１２２…分離膜
１２７…負圧センサ（圧力センサ）
１６…副タンク（第２タンク）
１７…真空ポンプ（負圧ポンプ）
４…燃料蒸気処理システム
４１…キャニスタ
４５…パージ通路
５…燃料噴射システム
５１…ダイレクトインジェクタ（第１インジェクタ）
５２…ポートインジェクタ（第２インジェクタ）
６…ＥＣＵ（許容量算出手段、負圧ポンプ制御手段、発生量予測手段）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】