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技術 燃料分離装置

出願人 トヨタ自動車株式会社
発明者 杉山宏石
出願日 2009年2月19日 (11年10ヶ月経過) 出願番号 2009-036813
公開日 2010年9月2日 (10年3ヶ月経過) 公開番号 2010-188304
状態 特許登録済
技術分野 半透膜を用いた分離
主要キーワード 設定負圧 吸引負圧 特定パラメータ 燃料分離装置 燃料分離 通常燃料 ハイオクガソリン バキュームポンプ
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2010年9月2日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (7)

課題

分離前燃料芳香族成分含有率に関係なく分離膜劣化を正確に判断することができる燃料分離装置を提供する。

解決手段

燃料中の芳香族成分を高オクタン価燃料として分離する分離膜を具備し、分離膜の分離能力に影響する複数のパラメータのうちの特定パラメータTを除いて固定した場合において(ステップ105)、特定パラメータの変化量(T2−T1)に対する分離膜の高オクタン価燃料の分離速度の変化量(Q2−Q1)の比を算出し(ステップ109)、この比に基づき分離膜の劣化を判断する(ステップ110)。

概要

背景

例えば圧縮比が高められたエンジンにおいて、ノッキングを抑制するために高オクタン価燃料が必要とされるが、ノッキングが発生し難い低負荷時においては、高オクタン価燃料でなく低オクタン価燃料としても良い。それにより、高価な高オクタン価燃料(ハイオクガソリン)を常に使用するのではなく、通常燃料レギュラーガソリン)を燃料分離装置によって高オクタン価燃料と低オクタン価燃料とに分離して使用することが提案されている。

前述の燃料分離装置は、分離膜によって燃料から芳香族成分を高オクタン価燃料として分離させ、こうして一部の芳香族成分を分離させた残りの燃料を低オクタン価燃料とするものである。このような燃料分離装置において、高オクタン価燃料の生成速度に基づき分離膜の劣化を判定することが提案されている(例えば、特許文献1参照)。

概要

分離前燃料の芳香族成分の含有率に関係なく分離膜の劣化を正確に判断することができる燃料分離装置を提供する。燃料中の芳香族成分を高オクタン価燃料として分離する分離膜を具備し、分離膜の分離能力に影響する複数のパラメータのうちの特定パラメータTを除いて固定した場合において(ステップ105)、特定パラメータの変化量(T2−T1)に対する分離膜の高オクタン価燃料の分離速度の変化量(Q2−Q1)の比を算出し(ステップ109)、この比に基づき分離膜の劣化を判断する(ステップ110)。

目的

本発明の目的は、分離前燃料の芳香族成分の含有率に関係なく分離膜の劣化を正確に判断することができる燃料分離装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

燃料中の芳香族成分高オクタン価燃料として分離する分離膜具備し、前記分離膜の分離能力に影響する複数のパラメータのうちの特定パラメータを除いて固定した場合において、前記特定パラメータの変化量に対する前記分離膜の前記高オクタン価燃料の分離速度の変化量の比を算出し、前記比に基づき前記分離膜の劣化を判断することを特徴とする燃料分離装置

請求項2

前記複数のパラメータは、前記分離膜へ供給される分離前燃料の温度、流量、及び圧力と、前記分離膜から前記高オクタン価燃料を分離させる際の吸引圧力とであることを特徴とする請求項1に記載の燃料分離装置。

技術分野

0001

本発明は、燃料分離装置に関する。

背景技術

0002

例えば圧縮比が高められたエンジンにおいて、ノッキングを抑制するために高オクタン価燃料が必要とされるが、ノッキングが発生し難い低負荷時においては、高オクタン価燃料でなく低オクタン価燃料としても良い。それにより、高価な高オクタン価燃料(ハイオクガソリン)を常に使用するのではなく、通常燃料レギュラーガソリン)を燃料分離装置によって高オクタン価燃料と低オクタン価燃料とに分離して使用することが提案されている。

0003

前述の燃料分離装置は、分離膜によって燃料から芳香族成分を高オクタン価燃料として分離させ、こうして一部の芳香族成分を分離させた残りの燃料を低オクタン価燃料とするものである。このような燃料分離装置において、高オクタン価燃料の生成速度に基づき分離膜の劣化を判定することが提案されている(例えば、特許文献1参照)。

先行技術

0004

特開2005−140047
特開2007−231878
特開2007−231761
特開2008−223567

発明が解決しようとする課題

0005

高オクタン価燃料の生成速度は、分離膜の劣化だけなく、分離前燃料の芳香族成分の含有率によって変化するものであり、単に高オクタン価燃料の生成速度だけにより分離膜の劣化を判断すると誤判断となることがある。

0006

従って、本発明の目的は、分離前燃料の芳香族成分の含有率に関係なく分離膜の劣化を正確に判断することができる燃料分離装置を提供することである。

課題を解決するための手段

0007

本発明による請求項1に記載の燃料分離装置は、燃料中の芳香族成分を高オクタン価燃料として分離する分離膜を具備し、前記分離膜の分離能力に影響する複数のパラメータのうちの特定パラメータを除いて固定した場合において、前記特定パラメータの変化量に対する前記分離膜の前記高オクタン価燃料の分離速度の変化量の比を算出し、前記比に基づき前記分離膜の劣化を判断することを特徴とする。

0008

本発明による請求項2に記載の燃料分離装置は、請求項1に記載の燃料分離装置において、前記複数のパラメータは、前記分離膜へ供給される分離前燃料の温度、流量、及び圧力と、前記分離膜から前記高オクタン価燃料を分離させる際の吸引圧力とであることを特徴とする。

発明の効果

0009

本発明による請求項1に記載の燃料分離装置によれば、燃料中の芳香族成分を高オクタン価燃料として分離する分離膜を具備し、分離膜の分離能力に影響する複数のパラメータのうちの特定パラメータを除いて固定した場合において、特定パラメータの変化量に対する分離膜の高オクタン価燃料の分離速度の変化量の比を算出し、この比は、分離前燃料の芳香族成分の含有率に関係なくほぼ一定値となり、分離膜の現在の分離能力に対応する値となるために、例えば、特定パラメータを高めると分離膜の分離速度が増加する場合には、算出された比が下限値を下回っていれば、分離膜が劣化したと正確に判断することができる。

0010

本発明による請求項2に記載の燃料分離装置によれば、請求項1に記載の燃料分離装置において、複数のパラメータを、分離膜へ供給される分離前燃料の温度、流量、及び圧力と、分離膜から高オクタン価燃料を分離させる際の吸引圧力とし、これらのうちの一つの特定パラメータとして変化させ、残りを固定する。

図面の簡単な説明

0011

本発明による燃料分離装置を示す概略図である。
本燃料分離装置により実施される分離膜の劣化を判断するためのフローチャートである。
分離膜へ供給される燃料温度と分離速度との関係を示すグラフである。
分離膜へ供給される燃料流量と分離速度との関係を示すグラフである。
分離膜へ供給される燃料圧力と分離速度との関係を示すグラフである。
分離膜からの吸引負圧と分離速度との関係を示すグラフである。

実施例

0012

図1は、本発明による燃料分離装置を示す概略図である。同図において、1は燃料分離部であり、芳香族成分を透過する分離膜1aにより分割された第一区画1bと第二区画1cとを具備している。第一区画1bには分離前の燃料を蓄える分離前燃料タンク2から第一燃料ポンプ3により比較的高い圧力に加圧された分離前燃料が供給される。4は第一区画1bへ供給する分離前燃料の流量を制御するための調整器であり、5は第一区画1bへ供給される直前において加圧燃料を加熱するための加熱器である。加熱器5は、排気ガスの熱を利用するものとしたり、電気ヒータとしたりすることができる。6は第一区画1bへ流入する燃料温度Tを測定するための温度センサであり、7は第一区画1bへ流入する燃料流量Fを測定するための第一流量センサであり、8は第一区画1bへ流入する燃料圧力Pを測定するための第一圧力センサである。

0013

分離膜1aは、燃料中の芳香族成分を選択的に透過させる性質を有しており、第二区画1cを比較的低圧に維持すると、第一区画1b内の分離前燃料中の芳香族成分が分離膜1a内を透過して分離膜1aの第二区画1c側表面に浸出して膜表面を覆うようになる。本実施形態においては、第二区画1c内の圧力を浸出した芳香族成分の蒸気圧より低い圧力に維持することにより、浸出燃料を連続的に膜表面から蒸発させるようにする。

0014

この蒸発燃料バキュームポンプ9により吸引され、液化させた殆ど芳香族成分からなる液体燃料、すなわち、高オクタン価燃料が、高オクタン価燃料タンク10に貯蔵される。11はバキュームポンプ9の吸引負圧PNを測定するための第二圧力センサである。また、14はバュームポンプ9の下流側において分離した高オクタン価燃料の流量を測定するための第二流量センサである。

0015

また、分離膜1aを介して一部の芳香族成分が透過して分離前燃料よりオクタン価が低下した低オクタン価燃料は、第二燃料ポンプ12により低オクタン価燃料タンク13へ圧送されて貯蔵される。これまで説明した部材は全て車両に搭載されるものである。

0016

高オクタン価燃料タンク10に貯蔵された高オクタン価燃料は、例えば、デリバリパイプへ圧送され、このデリバリパイプから主に高負荷時において各気筒吸気ポートに配置された燃料噴射弁を介して噴射され、各吸気ポートから各気筒内へ供給される。また、低オクタン価燃料タンク13に貯蔵された低オクタン価燃料は、例えば、別のデリバリパイプへ圧送され、このデリバパイプから主に低負荷時において各気筒に配置された燃料噴射弁を介して噴射され、各気筒へ直接的に供給される。

0017

このようにして、圧縮比が高められたエンジンにおいて分離前燃料として価格の安いレギュラーガソリンを使用しても、ノッキングが発生し難い低負荷時には主に各気筒に配置された燃料噴射弁を介してレギュラーガソリンから分離された低オクタン価燃料を使用することができ、また、ノッキングが発生し易い高負荷時には主に各吸気ポートに配置された燃料噴射弁を介してレギュラーガソリンから分離された高オクタン価燃料を使用することができ、ノッキングの発生しない良好な運転を実現することができる。

0018

ところで、燃料分離部1の分離膜1aは、燃料を分離し続けると、分離能力(分離速度)が徐々に低下し、分離能力が下限値を下回るまで劣化した時には交換が必要となる。このような分離膜1aの交換は必要最小限としなければならず、そのためには、分離膜1aの劣化を正確に判断することが必要となる。しかしながら、分離膜1aの分離能力は、分離膜1aの劣化だけでなく、分離前燃料の芳香族成分の含有率によっても変化するために、例えば、単に分離速度が設定された閾値を下回ったとして分離膜が劣化したと判断すると誤判断となることがある。

0019

図2は、本燃料分離装置により実施される分離膜の劣化を判断するためのフローチャートである。先ず、ステップ101において、燃料の分離を開始するための条件が成立しているか否かが判断される。良好な燃料分離を実現するためには、燃料分離部1の第一区画1bへ流入する燃料温度及び分離膜1a温度がそれぞれの設定温度以上となっていなければならず、例えば、これらが燃料分離を開始するための条件とされる。

0020

ステップ101の判断が否定される時にはそのまま終了するが、肯定されて燃料の分離が開始される時には、ステップ102において、温度センサ6により燃料分離部1の第一区画1bへ流入する燃料温度Tが検出され、第一流量センサ7により第一区画1bへ流入する燃料流量Fが検出され、第一圧力センサ8により第一区画1bへ流入する燃料圧力Pが検出され、第二圧力センサ11によりバキュームポンプ9の吸引負圧PNが検出される。

0021

次いで、ステップ103において、ステップ102において検出された燃料温度Tが第一設定温度T1近傍であるか否かが判断される。この判断が肯定される時には、ステップ104において、この時の第二流量センサ14により分離膜1aから分離される高オクタン価燃料の単位時間当たりの分離量、すなわち、燃料温度Tが第一設定温度T1近傍の時の第一分離速度Q1が検出される。次いで、ステップ105において、第一分離速度Q1が検出された以降は、第一燃料ポンプ3の運転状態及び調整器4の制御量を維持して、分離速度Q1が検出された時の第一区画1bへ流入する燃料流量F及び燃料圧力Pを固定し、バキュームポンプ9の運転状態を維持して分離速度Q1が検出された時の吸引負圧PNを固定し、その一方で、加熱器5による加熱により第一区画1bへ流入する燃料温度Tを変化させる。

0022

次いで、ステップ106において、燃料温度Tが第一設定温度T1より高い第二設定温度T2近傍であるか否かが判断されるが、この判断は当初は否定される。次いで、ステップ108において、第一分離速度Q1と第二分離速度Q2とが検出されているか否かが判断されが、この判断は当初は否定されて終了する。

0023

加熱器4による加熱によって、第一区画1bへ流入する燃料温度Tが第二設定温度T2近傍となると、ステップ106の判断が肯定されてステップ107へ進む。ステップ107において、この時の第二流量センサ14により分離膜1aから分離される高オクタン価燃料の単位時間当たりの分離量、すなわち、燃料温度Tが第二設定温度T2近傍の時の第二分離速度Q2が検出される。

0024

こうして、第一分離速度Q1と第二分離速度Q2とが検出されると、ステップ108の判断が肯定され、ステップ109において、第一区画1bへ流入する燃料温度の変化量(T2−T1)に対する分離膜の高オクタン価燃料の分離速度の変化量(Q2−Q1)の比RTを算出する。

0025

図3には、分離前燃料の芳香族成分の含有率、第一区画1bへ流入する燃料流量、第一区画1bへ流入する燃料圧力、及び、分離膜1aから高オクタン価燃料を分離させる際の吸引負圧のような分離膜1aの分離能力に影響するパラメータが固定された場合において、第一区画1bへ流入する燃料温度に対する分離膜の高オクタン価燃料の分離速度の関係が示されている。燃料温度Tが第一設定温度T1の時に、異なる分離速度a及びcとなるのは、前述の複数のパラメータの固定値の組み合わせが異なるためであり、分離速度aを与える前述の複数のパラメータの固定値の組み合わせは、分離速度cを与える前述の複数のパラメータの固定値の組み合わせより、分離膜1aの分離能力を高めるものである。

0026

このように、現在の分離膜1aの分離能力に対して、前述の複数のパラメータの固定値の組み合わせ毎に、燃料温度が第一設定温度T1の時の分離速度は異なり、また、同様に、燃料温度が第二設定温度T2の時の分離速度もb及びdのように異なる。しかしながら、現在の分離膜1aの分離能力に対して、前述の複数のパラメータの固定値の組み合わせに係わらず、第一区画1bへ流入する燃料温度の変化量(T2−T1)に対する分離膜の高オクタン価燃料の分離速度の変化量(Q2−Q1)又は(b−a)又は(d−c)の比RTは、ほぼ一定となる。すなわち、比RTは、図3の直線L1及び直線L2の傾きであり、これらの傾きは、現在の分離膜1aの分離能力に対してほぼ一定となる。

0027

それにより、ステップ110において、分離前燃料の芳香族成分の含有率には関係なくステップ109において算出されて現在の分離膜1aの分離能力に対応する比RTが下限値RT’より小さくなっているか否かが判断され、この判断が否定される時にはそのまま終了するが、ステップ110の判断が肯定される時には、分離膜1aの分離能力は下限値を下回って分離膜1aが劣化したと正確に判断することができる。

0028

図2に示すフローチャートにおいては、分離前燃料の芳香族成分の含有率、第一区画1bへ流入する燃料流量F、第一区画1bへ流入する燃料圧力P、及び、分離膜1aから高オクタン価燃料を分離させる際の吸引負圧PNを固定して、第一区画1bへ流入する燃料温度の変化量(T2−T1)に対する分離膜の高オクタン価燃料の分離速度の変化量(Q2−Q1)の比RTを分離膜1aの分離能力として算出したが、これは本発明を限定するものではない。

0029

図4には、分離前燃料の芳香族成分の含有率、第一区画1bへ流入する燃料温度、第一区画1bへ流入する燃料圧力、及び、分離膜1aから高オクタン価燃料を分離させる際の吸引負圧のような分離膜1aの分離能力に影響するパラメータが固定された場合において、第一区画1bへ流入する燃料流量に対する分離膜の高オクタン価燃料の分離速度の関係が示されている。燃料流量Fが第一設定流量F1の時に異なる分離速度e及びgとなるのは、前述の複数のパラメータの固定値の組み合わせが異なるためであり、分離速度eを与える前述の複数のパラメータの固定値の組み合わせは、分離速度gを与える前述の複数のパラメータの固定値の組み合わせより、分離膜1aの分離能力を高めるものである。

0030

このように、現在の分離膜1aの分離能力に対して、前述の複数のパラメータの固定値の組み合わせ毎に、燃料流量が第一設定流量F1の時の分離速度は異なり、また、同様に、燃料流量が第二設定流量F2の時の分離速度もf及びhのように異なる。しかしながら、現在の分離膜1aの分離能力に対して、前述の複数のパラメータの固定値の組み合わせに係わらず、第一区画1bへ流入する燃料流量の変化量(F2−F1)に対する分離膜の高オクタン価燃料の分離速度の変化量(f−e)又は(h−g)の比RFは、ほぼ一定となる。すなわち、比RFは、図4の直線L3及び直線L4の傾きであり、これらの傾きは、現在の分離膜1aの分離能力に対してほぼ一定となる。それにより、この比RFを分離膜1aの劣化に対応するその下限値RF’と比較して分離膜1aの劣化を判断するようにしても良い。

0031

また、図5には、分離前燃料の芳香族成分の含有率、第一区画1bへ流入する燃料温度、第一区画1bへ流入する燃料流量、及び、分離膜1aから高オクタン価燃料を分離させる際の吸引負圧のような分離膜1aの分離能力に影響するパラメータが固定された場合において、第一区画1bへ流入する燃料圧力に対する分離膜の高オクタン価燃料の分離速度の関係が示されている。燃料圧力Pが第一設定圧力P1の時に異なる分離速度m及びoとなるのは、前述の複数のパラメータの固定値の組み合わせが異なるためであり、分離速度mを与える前述の複数のパラメータの固定値の組み合わせは、分離速度oを与える前述の複数のパラメータの固定値の組み合わせより、分離膜1aの分離能力を高めるものである。

0032

このように、現在の分離膜1aの分離能力に対して、前述の複数のパラメータの固定値の組み合わせ毎に、燃料圧力が第一設定圧力P1の時の分離速度は異なり、また、同様に、燃料圧力が第二設定圧力P2の時の分離速度もn及びpのように異なる。しかしながら、現在の分離膜1aの分離能力に対して、前述の複数のパラメータの固定値の組み合わせに係わらず、第一区画1bへ流入する燃料圧力の変化量(P2−P1)に対する分離膜の高オクタン価燃料の分離速度の変化量(n−m)又は(p−o)の比RPは、ほぼ一定となる。すなわち、比RPは、図5の直線L5及び直線L6の傾きであり、これらの傾きは、現在の分離膜1aの分離能力に対してほぼ一定となる。それにより、この比RPを分離膜1aの劣化に対応するその下限値RP’と比較して分離膜1aの劣化を判断するようにしても良い。

0033

また、図6には、分離前燃料の芳香族成分の含有率、第一区画1bへ流入する燃料温度、第一区画1bへ流入する燃料流量、及び、第一区画1bへ流入する燃料圧力のような分離膜1aの分離能力に影響するパラメータが固定された場合において、分離膜1aから高オクタン価燃料を分離させる際の吸引負圧(絶対値)に対する分離膜の高オクタン価燃料の分離速度の関係が示されている。吸引負圧PNが第一設定負圧PN1の時に二つの分離速度q及びsとなるのは、前述の複数のパラメータの固定値の組み合わせが異なるためであり、分離速度qを与える前述の複数のパラメータの固定値の組み合わせは、分離速度sを与える前述の複数のパラメータの固定値の組み合わせより、分離膜1aの分離能力を高めるものである。

0034

このように、現在の分離膜1aの分離能力に対して、前述の複数のパラメータの固定値の組み合わせ毎に、吸引負圧が第一設定負圧PN1の時の分離速度は異なり、また、同様に、吸引負圧が第二設定負圧PN2の時の分離速度もr及びtのように異なる。しかしながら、現在の分離膜1aの分離能力に対して、前述の複数のパラメータの固定値の組み合わせに係わらず、分離膜1aから高オクタン価燃料を分離させる際の吸引負圧の変化量(PN2−PN1)に対する分離膜の高オクタン価燃料の分離速度の変化量(r−q)又は(t−s)の比RPNは、ほぼ一定となる。すなわち、比RPNは、図6の直線L7及び直線L8の傾きであり、これらの傾きは、現在の分離膜1aの分離能力に対してほぼ一定となる。それにより、この比RPNを分離膜1aの劣化に対応するその下限値RPN’と比較して分離膜1aの劣化を判断するようにしても良い。

0035

1燃料分離部
1a分離膜
2分離前燃料タンク
6温度センサ
7 第一流量センサ
8 第一圧力センサ
10高オクタン価燃料タンク
11 第二圧力センサ
13低オクタン価燃料タンク
14 第二流量センサ

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