水分分離装置および内燃機関の燃料供給装置
【課題】 簡易な構成で、アルコール含有燃料に混入する水分のみを除去して、燃焼不良や燃料系の腐食を防止し、経済性を向上させる。
【解決手段】 エンジン１のインジェクタ１１に供給されるアルコール混合ガソリン燃料を貯留する燃料タンクＴの底部に、水分分離部３を設ける。水分分離部３は、多孔質支持体３２と分離膜３３からなる成分分離壁３１により、上方の液室３４と下方の気室３５に区画してあり、燃料タンクＴの底部に溜まるアルコールが溶けた水層を液室３４に導き、気室３５に連通する負圧管４３に設けた減圧ポンプＰ１を作動させ、水分のみを成分分離壁３１に通過させて、気室３５に一時的に貯留する。水分は、気室３５の底部に接続した排水管４４の電磁弁Ｖ１を開いて排水する。
【解決手段】 エンジン１のインジェクタ１１に供給されるアルコール混合ガソリン燃料を貯留する燃料タンクＴの底部に、水分分離部３を設ける。水分分離部３は、多孔質支持体３２と分離膜３３からなる成分分離壁３１により、上方の液室３４と下方の気室３５に区画してあり、燃料タンクＴの底部に溜まるアルコールが溶けた水層を液室３４に導き、気室３５に連通する負圧管４３に設けた減圧ポンプＰ１を作動させ、水分のみを成分分離壁３１に通過させて、気室３５に一時的に貯留する。水分は、気室３５の底部に接続した排水管４４の電磁弁Ｖ１を開いて排水する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃料に含まれる水分を分離するための水分分離装置と、該水分分離装置を備えた燃料供給装置およびその制御手段に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車を中心とする現状の交通システムにおいては、排出ガスによる環境汚染の低減や資源枯渇への対応が大きな課題となっている。そこで、自動車用燃料の代替燃料として、従来の炭化水素系燃料に代わる燃料の開発や、ガソリンや軽油等の既存燃料の改良が検討されている。例えば、安価なアルコールを用いたアルコール含有燃料が注目されており、アルコールを単独使用するアルコール燃料や、ガソリンにアルコールを混合させた混合燃料が知られている。このうち後者は、既存のエンジンにそのまま使用できることから、コスト面で有利である。
【０００３】
ところが、アルコールを含む燃料には、水分が混入しやすいという問題がある。この水分混入は、次の３つの要因、すなわち、アルコール自体に若干の水分が含まれる、タンクローリーに積む前にガソリンにアルコールを混合させる工程で混入する、自動車への給油時に空気中の水分がアルコールに混入する、ことによって起こると考えられる。これらの場合、水分により燃焼が不良となって、始動不良、出力低下、排気の悪化といった不具合が生じる。また、燃料系各部の腐食が発生する原因となるおそれがある。
【０００４】
従来技術として、特許文献１には、燃料タンク下部にその比重の違いにより分離沈降した水分を溜めておき、燃料補給口のキャップの内側に水抜きスポイトを収容して、溜まった水分を抜き取る機構を備えた装置が開示されている。また、特許文献２には、水分に対してのみ吸着性を示し、燃料に対して非親和性である材料を水分吸着剤として用い、燃料と混合して水分を分離除去する方法が開示されている。
【特許文献１】実開昭５４−９７５１８号公報
【特許文献２】特開２００１−１７９０８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の装置をアルコール含有燃料に適用した場合、アルコールは水溶性であることから、分離した水分に溶けたアルコールが含まれる。このため、水分を抜き取る際に燃料のアルコールも廃棄してしまうことになり、不経済である。また、特許文献２の方法では、水分吸着剤の能力が低下するために定期的に交換が必要で手間がかかることや、水分吸着剤を燃料から分離するためのフィルタを必要とするなど、水分を除去するためのシステムが大掛かりであり、不便である。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、簡易な構成で、アルコール含有燃料に混入する水分のみを除去し、燃焼不良による不具合や、燃料系の腐食を防止するとともに、燃料に含まれるアルコールを無駄なく利用して、経済性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明は、不純物として水分を含む液体燃料から水分を分離するための水分分離装置であり、水分を選択的に透過させて分離する分離膜を有する成分分離壁にて２室に区画された水分分離部を備えている。水分分離部は、その一方の室を上記液体燃料が導入される液室とし、他方の室を上記成分分離壁を通過した水分を導いて一時貯留させる気室としたものである。
【０００８】
上記液室に液体燃料が導入されると、液体燃料に含まれる不純物である水分が、成分分離壁の分離膜を選択的に透過して気室内に一時的に貯留される。これにより液体燃料から不純物である水分のみを分離することができ、燃料成分であるアルコール等が水分とともに除去されることがない。よって、水分を含まない液体燃料を供給することで、燃焼不良による不具合や、燃料系の腐食を防止できるとともに、燃料成分を無駄なく利用できるので、経済性を向上させることができる。
【０００９】
請求項２の構成では、上記水分分離部の上記気室に負圧を発生させる負圧発生手段を有する。
【００１０】
上記気室を負圧として、液体燃料が導入される液室との間に圧差を生じさせることで、液体燃料中の水分が容易に成分分離壁を通過して気室側へ移動し、分離効率が向上する。
【００１１】
請求項３の構成では、上記水分分離部の成分分離壁は、上記分離膜とこれを支持する多孔質支持体からなる。
【００１２】
水分を分離するための分離膜は膜厚が薄いので、これを比較的径の大きい細孔を有する多孔質支持体に支持させることで、成分分離壁の強度を高めることができる。
【００１３】
請求項４の構成では、上記成分分離壁の分離膜は、ゼオライト膜からなる。
【００１４】
具体的には、液体燃料中に含まれる水分を分離する機能を有する膜として、ゼオライト膜が好適に使用される。ゼオライト膜は、分離される水分に対応する大きさの細孔を多数有しており、細孔による分子ふるいおよび吸着性の差を利用して水分を選択的に透過可能である。
【００１５】
請求項５の構成では、上記液体燃料は、アルコール燃料またはアルコールを混合したガソリン燃料である。
【００１６】
具体的には、水分が含まれる液体燃料として、アルコールを含有する燃料があり、アルコール単独またはアルコールを混合したガソリン燃料に、本発明の水分分離装置を適用すると、水分のみを効率よく分離して、アルコール分を有効に利用することができる。
【００１７】
請求項６の構成では、上記液体燃料は、バイオディーゼル燃料またはバイオディーゼル燃料と軽油との混合燃料である。
【００１８】
あるいは、水分が含まれる液体燃料として、バイオディーゼル燃料に適用することもできる。この場合もバイオディーゼル燃料単独または軽油と混合した燃料に、本発明の水分分離装置を適用すると、水分のみを効率よく分離して燃料成分を有効に利用することができる。
【００１９】
請求項７の発明は、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の水分分離装置を備え、燃料タンクに蓄えた上記液体燃料を燃料供給路から内燃機関に供給する燃料供給装置であって、
上記燃料タンク内または給油口から上記燃料タンクに至る通路に、上記水分分離部を一体に設け、上記液室が上側に上記気室が下側に配置されるとともに、上記液室に設けた開口から上記燃料タンク内の上記液体燃料が上記液室内を流通して上記分離壁へ供給されるようにしている。
【００２０】
具体的には、内燃機関の液体燃料が蓄えられる燃料タンク近傍に水分分離装置を設けることで、給油後、速やかに液体燃料中の水分を分離することができる。この時、比重により分離して沈降する水分が、まず上側の液室内に導入し、さらに成分分離壁を透過するので、効率よく下側の気室内に水分を分離することができる。
【００２１】
請求項８の構成では、上記請求項７に記載の内燃機関の燃料供給装置において、上記水分分離部の上記気室の側壁に接続される管路を設け、該管路に負圧発生手段を設けて上記気室に負圧を発生可能とする。
【００２２】
上記気室に接続される負圧発生手段により、上記気室内の圧力を制御することで、必要に応じて液室と気室の間に圧差を生じさせ、液体燃料中の水分を成分分離壁を用いて分離させることができる。
【００２３】
請求項９の構成では、上記負圧発生手段は、吸気管負圧または減圧ポンプを利用して上記気室に負圧を発生させるものである。
【００２４】
具体的には、負圧発生手段として、吸気管に発生する負圧を利用し、吸気管を気室に接続することで、気室内を負圧にすることができる。あるいは、減圧ポンプを接続して気室内を負圧にすることもできる。
【００２５】
請求項１０の構成では、上記水分分離部の作動を制御する制御手段を設け、
上記内燃機関の走行距離が所定距離以上かどうか、あるいは上記燃料タンクの燃料量が増加したかどうかを判定する判定手段と、
該判定手段が肯定判定された時に、上記負圧発生手段を作動させて上記水分分離部の上記気室内を負圧にすることにより、上記液室から上記気室へ水分を分離させる水分分離実行手段を設ける。
【００２６】
具体的には、内燃機関の走行距離がある所定距離以上となった時、または給油により燃料量が増加した時に、水分が溜まったと判定し、負圧発生手段を用いて水分を分離させる処理を実行することができる。
【００２７】
請求項１１の構成では、さらに上記水分分離部の上記気室の底部に水分排出手段を設け、上記制御手段には、
上記気室に接続される上記管路を流通するガス中の水分を測定する水分検出手段と、
該水分検出手段にて測定される水分量が所定値以下となった時に、上記水分排出手段を作動させて上記気室内に分離貯留された水分を排出する水分排出実行手段を設ける。
【００２８】
水分分離実行手段により分離され一時的に溜まった水分は、ガス中の水分量から、溜まった水分量が所定量となった時に、水分排出実行手段により排出される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明を適用した水分分離装置およびこれを備えた内燃機関の燃料供給装置の第１の実施形態を、図１〜５に基づいて説明する。図１は、本実施形態における燃料供給装置システムの概略構成を示すもので、内燃機関であるエンジン１は、ここでは４気筒エンジンとして説明する。エンジン１には、各気筒の燃焼室に燃料を噴射するための４つのインジェクタ１１が設けられ、これらインジェクタ１１は、共通の燃料供給室であるデリバリーパイプ２に接続されている。
【００３０】
燃料タンクＴには、不純物として水分を含む液体燃料、例えばアルコールを混合したガソリン燃料（以下、アルコール混合ガソリン燃料という）が貯蔵されている。アルコール混合ガソリン燃料は、燃料供給配管４１に設けた燃料ポンプＰ０を経て加圧された後、デリバリーパイプ２から各インジェクタ１１に供給される。これら燃料供給配管４１およびデリバリーパイプ２にて燃料供給路を構成している。デリバリーパイプ２の燃料圧力は、プレッシャレギュレータ５にて調整され、余剰の燃料はプレッシャレギュレータ５に接続した燃料戻し配管４２から燃料タンクＴに還流される。
【００３１】
燃料タンクＴには、本発明の特徴部分である水分分離装置が設けられている。水分分離装置は、燃料タンクＴの底部に一体的に形成された水分分離部３を備え、燃料タンクＴ内に収容される液体燃料、ここでは、アルコール混合ガソリン燃料中の水分を分離することにより、燃料成分組成を調整する機能を備えている。水分分離部３には、管路としての負圧管４３が接続されており、負圧管４３には負圧発生手段となる減圧ポンプＰ１が設けられて、水分分離部３内に負圧を発生させて水分分離を促進するようになっている。負圧管４３には、また、管内を流通するガス中の水分を検出する水分検出手段７が設けられる。
【００３２】
分離された水分は、水分分離部３の底部に接続する排水管４４から排水される。水分排出手段となる排水管４４は、開閉弁である電磁弁Ｖ１を備え、制御手段６にて排水時期が制御されるようになっている。制御手段６には、負圧管４３に設けた水分検出手段７および減圧ポンプＰ１が接続され、水分検出手段７の検出結果に基づいて減圧ポンプＰ１の作動停止時期が判断されるようになっている。制御手段６には、また、図示しない種々のセンサが接続されており、エンジン運転状態を検出してインジェクタ１１からエンジン１への燃料噴射を制御している。
【００３３】
次に、図２〜４により水分分離部３の詳細を説明する。図２において、燃料タンクＴの底部には、底面の一部を容器状に凹陥させて水分分離装置の水分分離部３が一体に設けられている。水分分離部３を構成する凹陥部には、上下方向の中間部よりやや上方に、成分分離壁３１が水平方向に配設されており、この成分分離壁３１によって水分分離部３内が上下２室に区画される。成分分離壁３１は、基体となる多孔質支持体３２とその下面に積層される分離膜３３とからなる。成分分離壁３１の上側の室は、上端が開口して燃料タンクＴ内に連通する液室３４であり、下側の室は、成分分離壁３１を通過した水分を一時貯留させる気室３５となる。
【００３４】
燃料タンクＴ内に収容されるアルコール混合ガソリン燃料に、水分が混入していると、燃料が相分離を起こす。これは、ガソリンが水不溶性であるからで、ガソリン中に水分が混じると、より比重が大きい水分が徐々に分離沈降して燃料タンクＴの底部に溜まる。この際、燃料に混合されるアルコールが水溶性であるために、一部が水分に溶解して、底部に溜まる水層を増加させる。この状態で排水すると、水層に溶けたアルコール成分が廃棄されてしまい、燃料を有効利用することができない。
【００３５】
そこで、本実施形態では、燃料タンクＴ底部に溜まる水分にアルコールが溶けた層を、水分分離部３の上端開口から液室３４内に導き、成分分離壁３１にて水分のみを分離する。図示するように、液室３４には、主に水層（水分にアルコールが溶けた層）が導入され、その上方にアルコール混合ガソリン燃料の層が形成されるが、水層の高さは、燃料に混入する水分量や水分分離装置の作動の有無に応じて変化する。また、水層に少量のガソリン成分が混在することもある。
【００３６】
成分分離壁３１の下側に形成される気室３５は、通過した水分を一時貯留させる十分な空間を有している。気室３５の側壁には、減圧ポンプＰ１へ続く負圧管４３が開口しており、減圧ポンプＰ１を作動させると気室３５内が減圧され、液室３４との圧力差により、水分の分離を促進することができる。
【００３７】
図３（ａ）に、成分分離壁３１の詳細構造を示す（図２のＡ部拡大図）。成分分離壁３１の基体となる多孔質支持体３２は、例えば、ムライト等のセラミックスやステンレス等の金属からなる所定厚さの多孔質層で、燃料に混入している水分が容易に通過可能な大きさの多数の細孔を有している。細孔の大きさは、通常、１０ｎｍ〜１００μｍ程度とし、分離膜３３の細孔に比較して大きく形成するのがよい。多孔質セラミックスとしてムライトを用いると、安価で製作コストの低減が可能である。多孔質金属としては、例えば、微細な金属線をメッシュ構造としたもの、微細な金属ファイバーによる多孔体等が用いられる。
【００３８】
成分分離壁３１の分離膜３３は、多孔質支持体３２の下面全面を被って形成され、水分を選択的に透過させて分離する。図３（ｂ）に詳細構造を示すように（図３（ａ）のＢ部拡大図）、分離膜３３の細孔の大きさは、液室３４に導入される水層に含まれるアルコール成分およびガソリン成分の大きさよりも小さく、水分子よりも大きくなるように設定される。これにより、細孔による分子ふるいおよび吸着性の差で、アルコール成分またはガソリン成分を含む水層から水分のみを分離することが可能である。
【００３９】
このような分離膜３３としては、例えば、シリカライト（ＭＦＩゼオライト：親水処理品）等のゼオライト膜が好適に使用できる。その他のゼオライト膜としては、例えば、ＬＴＡ、ＡＮＡ、ＭＥＲ、ＰＨＩ、ＦＡＵ、ＥＲＩ、ＢＥＡ（親水処理品）が挙げられる。これらゼオライト膜の細孔径は、種類によって異なり、例えば、０．３〜０．９ｎｍ程度である。分離膜３３を、多孔質支持体３２の下側表面に形成する手段としては、水熱合成による結晶成長を利用することができる。膜厚は、例えば、多孔質支持体３２の壁厚を０．５〜３ｍｍ程度とした場合、分離膜３３は５００ｎｍ〜４０μｍ程度の厚さとするのがよい。
【００４０】
図４は、成分分離壁３１による水分の分離性能と圧力の関係を表すグラフである。図より、気室３５側の圧力が低下するほど、水分の分離速度が速くなり、分離性能が向上することが分かる。そこで、制御手段６では、負圧管４３に設けた減圧ポンプＰ１を作動させて、成分分離壁３１下方の気室３５内を減圧し、燃料タンクＴ内の燃料圧力により相対的に高い圧力となっている成分分離壁３１上方の液室３４との間に、所定の圧力差を発生させる。すなわち、減圧ポンプＰ１の作動を制御することで、成分分離壁３１上下の圧力差を利用して水層中の水分を通過させ、液室３４から気室３５へ分離することが可能となる。減圧ポンプＰ１の作動を停止すると、成分分離壁３１上下の圧力差が小さくなり、水分分離処理はほぼ停止される。
【００４１】
図５により、制御手段６にて実行される水分分離および排水処理動作について、図１〜３を参照しながら説明する。ステップＳ１〜Ｓ４は判定手段に相当する処理であり、まず、ステップＳ１では、前回の水分分離処理からの走行距離を測定する。ステップＳ２で測定された走行距離が所定距離Ａ以上かどうかを判定し、肯定判定されたら、ステップ５へ進む。否定判定された場合は、ステップ１へ戻る。ここで、所定距離Ａは、前回の水分分離処理後、再度燃料タンクＴ内に排水が必要な程度に水分が溜まっていると推定される距離、例えば２００ｋｍに設定する。
【００４２】
一方、ステップＳ３では、燃料タンクＴに貯留される燃料量の、前回の測定時からの増加分を測定する。ステップＳ４で測定された燃料増加量が所定値Ｂ以上かどうかを判定し、肯定判定されたら、ステップ５へ進む。否定判定された場合は、ステップ３へ戻る。ここで、所定値Ｂは、排水が必要な程度に給油がなされたと判断できる燃料量以上、例えば１０Ｌに設定する。
【００４３】
ステップＳ５〜Ｓ８は、水分分離実行手段としての処理である。ステップＳ５では、燃料タンクＴ内に設けた水分分離部３において水分分離を実行するために、負圧管４３に設けた減圧ポンプＰ１を作動させる。これにより、負圧管４３に連通する水分分離部３の気室３５内が負圧となり、液室３４との圧力差が大きくなる。これによって液室３４内のアルコール成分を含む水層から水分のみが、成分分離壁３１の多孔質支持体３２および分離膜３３を順に通過して、気室３５に移動し、その底部に溜まる。
【００４４】
続くステップＳ６では、負圧管４３に設けた水分検出手段７を用いて、負圧管４３内を流通するガス流の水分を測定する。ステップＳ７で測定された水分が所定値Ｃ以下かどうかを判定し、肯定判定されたら、ステップ８へ進む。否定判定された場合は、ステップ６へ戻る。ここで、所定値Ｃは、脱水がほぼ完了したと判断できる水分量以下、例えば１００ｐｐｍに設定する。
【００４５】
ステップＳ８では、減圧ポンプＰ１の作動を停止する。次いで、ステップＳ９に進んで、前回の排水処理後の走行距離を測定する。ステップＳ９〜１１は水分排出実行手段としての処理であり、ステップＳ１０では、ステップＳ９で測定された走行距離が所定距離Ｄ以上かどうかを判定し、肯定判定されたら、ステップ１１へ進む。否定判定された場合は、ステップ１０へ戻る。ここで、所定距離Ｄは、前回の排水処理後、再度気室３５Ｔ内に排水が必要な程度に水分が溜まっていると推定される距離、例えば１０００ｋｍに設定する。
【００４６】
ステップＳ１１では、気室３５底部に接続した排水管４４に設けた電磁弁Ｖ１を開いて、気室３５内の水分を排出する。この状態を所定時間Ｅ継続し、その後電磁弁Ｖ１を閉じて排水処理を終了する。ここで、所定時間Ｅは、排水がほぼ完了したと判断できる時間以上、例えば５分に設定する。
【００４７】
このようにして、本実施形態では、定期的にあるいは給油後に水分分離部３による処理を実施して、燃料タンクＴ内の水分のみを分離、排出することができる。よって、燃料中への水分混入による燃焼性能の悪化、排気の悪化や、燃料系の腐食といった不具合を防止し、しかも水層へ混入するアルコール成分の排出を防止して、無駄なく利用することができる。
【００４８】
ここで、本実施形態では、水分分離部３の配置は、燃料成分よりも重い水分が溜まりやすい燃料タンクＴの最下部に設けたが、必ずしもこれに限らず、水分が溜まりやすい下方部位、または給油時に吸湿することから、給油口の直下付近のように他の部位に設けることもできる。また、水分分離部３の気室３５内を負圧にするための負圧発生手段として、本実施形態では減圧ポンプＰ１を用いたが、他の手段を用いることもできる。これを、図６に本発明の第２の実施形態として示す。
【００４９】
図６は、本実施形態の燃料供給装置の全体構成を示す概略図である。本実施形態において燃料タンクＴの底部に水分分離部３を備えた構成および水分分離部３の基本構造は、上記第１の実施形態と同様であり、説明を省略する。本実施形態では、負圧発生手段として、水分分離部３の気室３５に接続される負圧管４３に、図１の減圧ポンプＰ１を設ける代わりに、開閉弁である電磁弁Ｖ２を設け、さらに負圧管４３をエンジン吸気管（図示せず）の負圧部に接続させている。また、電磁弁Ｖ２の作動は、制御手段６によって制御される。その他の構成は、上記第１の実施形態と同様である。
【００５０】
これにより、制御手段６からの指令によって電磁弁Ｖ２を開閉し、気室３５に負圧管４３を介して吸気管負圧を導入することができる。このようにしても、水分分離部３において、成分分離壁３１の上下室の圧力差を大きくして水分の分離を促進することができ、上記第１の実施形態と同様の効果が得られる。また、減圧ポンプＰ１が不要となるので、簡易な構成となり装置の小型化が可能である。
【００５１】
図７に、本実施形態の制御手段６にて実行される水分分離および排水処理動作に示す。図７において、ステップＳ２１〜Ｓ２４は、図５のステップＳ１〜Ｓ４に相当する判定手段としての処理である。まず、ステップＳ２１では、前回の水分分離処理からの走行距離を測定し、ステップＳ２２で測定された走行距離が所定距離Ａ（例えば２００ｋｍ）以上かどうかを判定する。肯定判定されたら、ステップ５へ進み、否定判定された場合は、ステップ１へ戻る。
【００５２】
一方、ステップＳ２３では、燃料タンクＴに貯留される燃料量の、前回の測定時からの増加分を測定する。ステップＳ２４で測定された燃料増加量が所定値Ｂ（例えば１０Ｌ）以上かどうかを判定し、肯定判定されたら、ステップ２５へ進む。否定判定された場合は、ステップ２３へ戻る。
【００５３】
ステップＳ２５〜Ｓ２８は、図５のステップＳ５〜Ｓ８に相当する水分分離実行手段としての処理である。ステップＳ２５では、燃料タンクＴ内に設けた水分分離部３において水分分離を実行するために、負圧管４３に設けた電磁弁Ｖ２を開弁する。これにより、負圧管４３から吸気管負圧が導入されて、水分分離部３の気室３５内が負圧となり、液室３４との圧力差が大きくなる。これによって液室３４内のアルコール成分を含む水層から水分のみが、成分分離壁３１の多孔質支持体３２および分離膜３３を順に通過して、気室３５に移動し、その底部に溜まる。
【００５４】
続くステップＳ２６では、負圧管４３に設けた水分検出手段７を用いて、負圧管４３内を流通するガス流の水分を測定する。ステップＳ２７で測定された水分が所定値Ｃ（例えば１００ｐｐｍ）以下かどうかを判定し、肯定判定されたら、ステップ２８へ進む。否定判定された場合は、ステップ２６へ戻る。
【００５５】
ステップＳ２８では、電磁弁Ｖ２を閉弁し吸気管の負圧部との連通を遮断する。ステップＳ２９〜３１は、図５のステップＳ９〜Ｓ１１に相当する水分排出実行手段としての処理であり、ステップＳ２９では、前回の排水処理後の走行距離を測定する。ステップＳ２０では、ステップＳ２９で測定された走行距離が所定距離Ｄ（例えば１０００ｋｍ）以上かどうかを判定し、肯定判定されたら、ステップ３１へ進む。否定判定された場合は、ステップ２０へ戻る。
【００５６】
ステップＳ３１では、気室３５底部に接続した排水管４４に設けた電磁弁Ｖ１を開いて、気室３５内の水分を排出する。この状態を所定時間Ｅ（例えば５分）継続し、その後電磁弁Ｖ１を閉じて排水処理を終了する。
【００５７】
このように、本実施形態においても、定期的にあるいは給油後に水分分離部３による処理を実施して、燃料タンクＴ内の水分のみを分離、排出することができ、上記第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００５８】
なお、上記実施形態では、アルコール燃料またはアルコール混合ガソリン燃料において、燃料中に混入する水分を分離する水分分離部３を設けた場合について説明したが、例えばバイオディ−ゼル燃料や、バイオディ−ゼル燃料と軽油との混合燃料に適用することもできる。また、これら燃料に限らず、水分が混入しやすい他の燃料、特に水分に溶解しやすい成分を含む燃料に好適に使用され、大きな効果を発揮する。
【００５９】
以上のように、本発明によれば、燃料タンク内の燃料に混入する水分を、水分分離装置により効率よく分離、排出することができるので、燃料中への水分混入による不具合を防止し、水層へ混入する燃料成分の排出を防止して、経済性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の第１の実施形態における内燃機関の燃料供給装置の構成を示す全体概略図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における水分分離部の全体概略構成図である。
【図３】（ａ）は図２のＡ部拡大図、（ｂ）は図３（ａ）のＢ部拡大図である。
【図４】水分分離部による水分分離時の圧力特性を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態における制御手段の動作を説明するためのフローチャートである。
【図６】本発明の第２の実施形態における内燃機関の燃料供給装置の構成を示す全体概略図である。
【図７】本発明の第２の実施形態における制御手段の動作を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００６１】
１ エンジン
１１ インジェクタ
２ デリバリーパイプ
３ 水分分離部
３１ 成分分離壁
３２ 多孔質支持体
３３ 分離膜
３４ 液室
３５ 気室
４１ 燃料供給配管（燃料供給路）
４２ 燃料戻し配管
４３ 負圧管（負圧発生手段）
４４ 排水管（水分排出手段）
５ プレッシャレギュレータ
７ 制御制御手段
Ｖ１ 電磁弁（水分排出手段）
Ｖ２ 電磁弁（負圧発生手段）
Ｔ 燃料タンク
Ｐ０ 燃料ポンプ
Ｐ１ 減圧ポンプ（負圧発生手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃料に含まれる水分を分離するための水分分離装置と、該水分分離装置を備えた燃料供給装置およびその制御手段に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車を中心とする現状の交通システムにおいては、排出ガスによる環境汚染の低減や資源枯渇への対応が大きな課題となっている。そこで、自動車用燃料の代替燃料として、従来の炭化水素系燃料に代わる燃料の開発や、ガソリンや軽油等の既存燃料の改良が検討されている。例えば、安価なアルコールを用いたアルコール含有燃料が注目されており、アルコールを単独使用するアルコール燃料や、ガソリンにアルコールを混合させた混合燃料が知られている。このうち後者は、既存のエンジンにそのまま使用できることから、コスト面で有利である。
【０００３】
ところが、アルコールを含む燃料には、水分が混入しやすいという問題がある。この水分混入は、次の３つの要因、すなわち、アルコール自体に若干の水分が含まれる、タンクローリーに積む前にガソリンにアルコールを混合させる工程で混入する、自動車への給油時に空気中の水分がアルコールに混入する、ことによって起こると考えられる。これらの場合、水分により燃焼が不良となって、始動不良、出力低下、排気の悪化といった不具合が生じる。また、燃料系各部の腐食が発生する原因となるおそれがある。
【０００４】
従来技術として、特許文献１には、燃料タンク下部にその比重の違いにより分離沈降した水分を溜めておき、燃料補給口のキャップの内側に水抜きスポイトを収容して、溜まった水分を抜き取る機構を備えた装置が開示されている。また、特許文献２には、水分に対してのみ吸着性を示し、燃料に対して非親和性である材料を水分吸着剤として用い、燃料と混合して水分を分離除去する方法が開示されている。
【特許文献１】実開昭５４−９７５１８号公報
【特許文献２】特開２００１−１７９０８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の装置をアルコール含有燃料に適用した場合、アルコールは水溶性であることから、分離した水分に溶けたアルコールが含まれる。このため、水分を抜き取る際に燃料のアルコールも廃棄してしまうことになり、不経済である。また、特許文献２の方法では、水分吸着剤の能力が低下するために定期的に交換が必要で手間がかかることや、水分吸着剤を燃料から分離するためのフィルタを必要とするなど、水分を除去するためのシステムが大掛かりであり、不便である。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、簡易な構成で、アルコール含有燃料に混入する水分のみを除去し、燃焼不良による不具合や、燃料系の腐食を防止するとともに、燃料に含まれるアルコールを無駄なく利用して、経済性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明は、不純物として水分を含む液体燃料から水分を分離するための水分分離装置であり、水分を選択的に透過させて分離する分離膜を有する成分分離壁にて２室に区画された水分分離部を備えている。水分分離部は、その一方の室を上記液体燃料が導入される液室とし、他方の室を上記成分分離壁を通過した水分を導いて一時貯留させる気室としたものである。
【０００８】
上記液室に液体燃料が導入されると、液体燃料に含まれる不純物である水分が、成分分離壁の分離膜を選択的に透過して気室内に一時的に貯留される。これにより液体燃料から不純物である水分のみを分離することができ、燃料成分であるアルコール等が水分とともに除去されることがない。よって、水分を含まない液体燃料を供給することで、燃焼不良による不具合や、燃料系の腐食を防止できるとともに、燃料成分を無駄なく利用できるので、経済性を向上させることができる。
【０００９】
請求項２の構成では、上記水分分離部の上記気室に負圧を発生させる負圧発生手段を有する。
【００１０】
上記気室を負圧として、液体燃料が導入される液室との間に圧差を生じさせることで、液体燃料中の水分が容易に成分分離壁を通過して気室側へ移動し、分離効率が向上する。
【００１１】
請求項３の構成では、上記水分分離部の成分分離壁は、上記分離膜とこれを支持する多孔質支持体からなる。
【００１２】
水分を分離するための分離膜は膜厚が薄いので、これを比較的径の大きい細孔を有する多孔質支持体に支持させることで、成分分離壁の強度を高めることができる。
【００１３】
請求項４の構成では、上記成分分離壁の分離膜は、ゼオライト膜からなる。
【００１４】
具体的には、液体燃料中に含まれる水分を分離する機能を有する膜として、ゼオライト膜が好適に使用される。ゼオライト膜は、分離される水分に対応する大きさの細孔を多数有しており、細孔による分子ふるいおよび吸着性の差を利用して水分を選択的に透過可能である。
【００１５】
請求項５の構成では、上記液体燃料は、アルコール燃料またはアルコールを混合したガソリン燃料である。
【００１６】
具体的には、水分が含まれる液体燃料として、アルコールを含有する燃料があり、アルコール単独またはアルコールを混合したガソリン燃料に、本発明の水分分離装置を適用すると、水分のみを効率よく分離して、アルコール分を有効に利用することができる。
【００１７】
請求項６の構成では、上記液体燃料は、バイオディーゼル燃料またはバイオディーゼル燃料と軽油との混合燃料である。
【００１８】
あるいは、水分が含まれる液体燃料として、バイオディーゼル燃料に適用することもできる。この場合もバイオディーゼル燃料単独または軽油と混合した燃料に、本発明の水分分離装置を適用すると、水分のみを効率よく分離して燃料成分を有効に利用することができる。
【００１９】
請求項７の発明は、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の水分分離装置を備え、燃料タンクに蓄えた上記液体燃料を燃料供給路から内燃機関に供給する燃料供給装置であって、
上記燃料タンク内または給油口から上記燃料タンクに至る通路に、上記水分分離部を一体に設け、上記液室が上側に上記気室が下側に配置されるとともに、上記液室に設けた開口から上記燃料タンク内の上記液体燃料が上記液室内を流通して上記分離壁へ供給されるようにしている。
【００２０】
具体的には、内燃機関の液体燃料が蓄えられる燃料タンク近傍に水分分離装置を設けることで、給油後、速やかに液体燃料中の水分を分離することができる。この時、比重により分離して沈降する水分が、まず上側の液室内に導入し、さらに成分分離壁を透過するので、効率よく下側の気室内に水分を分離することができる。
【００２１】
請求項８の構成では、上記請求項７に記載の内燃機関の燃料供給装置において、上記水分分離部の上記気室の側壁に接続される管路を設け、該管路に負圧発生手段を設けて上記気室に負圧を発生可能とする。
【００２２】
上記気室に接続される負圧発生手段により、上記気室内の圧力を制御することで、必要に応じて液室と気室の間に圧差を生じさせ、液体燃料中の水分を成分分離壁を用いて分離させることができる。
【００２３】
請求項９の構成では、上記負圧発生手段は、吸気管負圧または減圧ポンプを利用して上記気室に負圧を発生させるものである。
【００２４】
具体的には、負圧発生手段として、吸気管に発生する負圧を利用し、吸気管を気室に接続することで、気室内を負圧にすることができる。あるいは、減圧ポンプを接続して気室内を負圧にすることもできる。
【００２５】
請求項１０の構成では、上記水分分離部の作動を制御する制御手段を設け、
上記内燃機関の走行距離が所定距離以上かどうか、あるいは上記燃料タンクの燃料量が増加したかどうかを判定する判定手段と、
該判定手段が肯定判定された時に、上記負圧発生手段を作動させて上記水分分離部の上記気室内を負圧にすることにより、上記液室から上記気室へ水分を分離させる水分分離実行手段を設ける。
【００２６】
具体的には、内燃機関の走行距離がある所定距離以上となった時、または給油により燃料量が増加した時に、水分が溜まったと判定し、負圧発生手段を用いて水分を分離させる処理を実行することができる。
【００２７】
請求項１１の構成では、さらに上記水分分離部の上記気室の底部に水分排出手段を設け、上記制御手段には、
上記気室に接続される上記管路を流通するガス中の水分を測定する水分検出手段と、
該水分検出手段にて測定される水分量が所定値以下となった時に、上記水分排出手段を作動させて上記気室内に分離貯留された水分を排出する水分排出実行手段を設ける。
【００２８】
水分分離実行手段により分離され一時的に溜まった水分は、ガス中の水分量から、溜まった水分量が所定量となった時に、水分排出実行手段により排出される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明を適用した水分分離装置およびこれを備えた内燃機関の燃料供給装置の第１の実施形態を、図１〜５に基づいて説明する。図１は、本実施形態における燃料供給装置システムの概略構成を示すもので、内燃機関であるエンジン１は、ここでは４気筒エンジンとして説明する。エンジン１には、各気筒の燃焼室に燃料を噴射するための４つのインジェクタ１１が設けられ、これらインジェクタ１１は、共通の燃料供給室であるデリバリーパイプ２に接続されている。
【００３０】
燃料タンクＴには、不純物として水分を含む液体燃料、例えばアルコールを混合したガソリン燃料（以下、アルコール混合ガソリン燃料という）が貯蔵されている。アルコール混合ガソリン燃料は、燃料供給配管４１に設けた燃料ポンプＰ０を経て加圧された後、デリバリーパイプ２から各インジェクタ１１に供給される。これら燃料供給配管４１およびデリバリーパイプ２にて燃料供給路を構成している。デリバリーパイプ２の燃料圧力は、プレッシャレギュレータ５にて調整され、余剰の燃料はプレッシャレギュレータ５に接続した燃料戻し配管４２から燃料タンクＴに還流される。
【００３１】
燃料タンクＴには、本発明の特徴部分である水分分離装置が設けられている。水分分離装置は、燃料タンクＴの底部に一体的に形成された水分分離部３を備え、燃料タンクＴ内に収容される液体燃料、ここでは、アルコール混合ガソリン燃料中の水分を分離することにより、燃料成分組成を調整する機能を備えている。水分分離部３には、管路としての負圧管４３が接続されており、負圧管４３には負圧発生手段となる減圧ポンプＰ１が設けられて、水分分離部３内に負圧を発生させて水分分離を促進するようになっている。負圧管４３には、また、管内を流通するガス中の水分を検出する水分検出手段７が設けられる。
【００３２】
分離された水分は、水分分離部３の底部に接続する排水管４４から排水される。水分排出手段となる排水管４４は、開閉弁である電磁弁Ｖ１を備え、制御手段６にて排水時期が制御されるようになっている。制御手段６には、負圧管４３に設けた水分検出手段７および減圧ポンプＰ１が接続され、水分検出手段７の検出結果に基づいて減圧ポンプＰ１の作動停止時期が判断されるようになっている。制御手段６には、また、図示しない種々のセンサが接続されており、エンジン運転状態を検出してインジェクタ１１からエンジン１への燃料噴射を制御している。
【００３３】
次に、図２〜４により水分分離部３の詳細を説明する。図２において、燃料タンクＴの底部には、底面の一部を容器状に凹陥させて水分分離装置の水分分離部３が一体に設けられている。水分分離部３を構成する凹陥部には、上下方向の中間部よりやや上方に、成分分離壁３１が水平方向に配設されており、この成分分離壁３１によって水分分離部３内が上下２室に区画される。成分分離壁３１は、基体となる多孔質支持体３２とその下面に積層される分離膜３３とからなる。成分分離壁３１の上側の室は、上端が開口して燃料タンクＴ内に連通する液室３４であり、下側の室は、成分分離壁３１を通過した水分を一時貯留させる気室３５となる。
【００３４】
燃料タンクＴ内に収容されるアルコール混合ガソリン燃料に、水分が混入していると、燃料が相分離を起こす。これは、ガソリンが水不溶性であるからで、ガソリン中に水分が混じると、より比重が大きい水分が徐々に分離沈降して燃料タンクＴの底部に溜まる。この際、燃料に混合されるアルコールが水溶性であるために、一部が水分に溶解して、底部に溜まる水層を増加させる。この状態で排水すると、水層に溶けたアルコール成分が廃棄されてしまい、燃料を有効利用することができない。
【００３５】
そこで、本実施形態では、燃料タンクＴ底部に溜まる水分にアルコールが溶けた層を、水分分離部３の上端開口から液室３４内に導き、成分分離壁３１にて水分のみを分離する。図示するように、液室３４には、主に水層（水分にアルコールが溶けた層）が導入され、その上方にアルコール混合ガソリン燃料の層が形成されるが、水層の高さは、燃料に混入する水分量や水分分離装置の作動の有無に応じて変化する。また、水層に少量のガソリン成分が混在することもある。
【００３６】
成分分離壁３１の下側に形成される気室３５は、通過した水分を一時貯留させる十分な空間を有している。気室３５の側壁には、減圧ポンプＰ１へ続く負圧管４３が開口しており、減圧ポンプＰ１を作動させると気室３５内が減圧され、液室３４との圧力差により、水分の分離を促進することができる。
【００３７】
図３（ａ）に、成分分離壁３１の詳細構造を示す（図２のＡ部拡大図）。成分分離壁３１の基体となる多孔質支持体３２は、例えば、ムライト等のセラミックスやステンレス等の金属からなる所定厚さの多孔質層で、燃料に混入している水分が容易に通過可能な大きさの多数の細孔を有している。細孔の大きさは、通常、１０ｎｍ〜１００μｍ程度とし、分離膜３３の細孔に比較して大きく形成するのがよい。多孔質セラミックスとしてムライトを用いると、安価で製作コストの低減が可能である。多孔質金属としては、例えば、微細な金属線をメッシュ構造としたもの、微細な金属ファイバーによる多孔体等が用いられる。
【００３８】
成分分離壁３１の分離膜３３は、多孔質支持体３２の下面全面を被って形成され、水分を選択的に透過させて分離する。図３（ｂ）に詳細構造を示すように（図３（ａ）のＢ部拡大図）、分離膜３３の細孔の大きさは、液室３４に導入される水層に含まれるアルコール成分およびガソリン成分の大きさよりも小さく、水分子よりも大きくなるように設定される。これにより、細孔による分子ふるいおよび吸着性の差で、アルコール成分またはガソリン成分を含む水層から水分のみを分離することが可能である。
【００３９】
このような分離膜３３としては、例えば、シリカライト（ＭＦＩゼオライト：親水処理品）等のゼオライト膜が好適に使用できる。その他のゼオライト膜としては、例えば、ＬＴＡ、ＡＮＡ、ＭＥＲ、ＰＨＩ、ＦＡＵ、ＥＲＩ、ＢＥＡ（親水処理品）が挙げられる。これらゼオライト膜の細孔径は、種類によって異なり、例えば、０．３〜０．９ｎｍ程度である。分離膜３３を、多孔質支持体３２の下側表面に形成する手段としては、水熱合成による結晶成長を利用することができる。膜厚は、例えば、多孔質支持体３２の壁厚を０．５〜３ｍｍ程度とした場合、分離膜３３は５００ｎｍ〜４０μｍ程度の厚さとするのがよい。
【００４０】
図４は、成分分離壁３１による水分の分離性能と圧力の関係を表すグラフである。図より、気室３５側の圧力が低下するほど、水分の分離速度が速くなり、分離性能が向上することが分かる。そこで、制御手段６では、負圧管４３に設けた減圧ポンプＰ１を作動させて、成分分離壁３１下方の気室３５内を減圧し、燃料タンクＴ内の燃料圧力により相対的に高い圧力となっている成分分離壁３１上方の液室３４との間に、所定の圧力差を発生させる。すなわち、減圧ポンプＰ１の作動を制御することで、成分分離壁３１上下の圧力差を利用して水層中の水分を通過させ、液室３４から気室３５へ分離することが可能となる。減圧ポンプＰ１の作動を停止すると、成分分離壁３１上下の圧力差が小さくなり、水分分離処理はほぼ停止される。
【００４１】
図５により、制御手段６にて実行される水分分離および排水処理動作について、図１〜３を参照しながら説明する。ステップＳ１〜Ｓ４は判定手段に相当する処理であり、まず、ステップＳ１では、前回の水分分離処理からの走行距離を測定する。ステップＳ２で測定された走行距離が所定距離Ａ以上かどうかを判定し、肯定判定されたら、ステップ５へ進む。否定判定された場合は、ステップ１へ戻る。ここで、所定距離Ａは、前回の水分分離処理後、再度燃料タンクＴ内に排水が必要な程度に水分が溜まっていると推定される距離、例えば２００ｋｍに設定する。
【００４２】
一方、ステップＳ３では、燃料タンクＴに貯留される燃料量の、前回の測定時からの増加分を測定する。ステップＳ４で測定された燃料増加量が所定値Ｂ以上かどうかを判定し、肯定判定されたら、ステップ５へ進む。否定判定された場合は、ステップ３へ戻る。ここで、所定値Ｂは、排水が必要な程度に給油がなされたと判断できる燃料量以上、例えば１０Ｌに設定する。
【００４３】
ステップＳ５〜Ｓ８は、水分分離実行手段としての処理である。ステップＳ５では、燃料タンクＴ内に設けた水分分離部３において水分分離を実行するために、負圧管４３に設けた減圧ポンプＰ１を作動させる。これにより、負圧管４３に連通する水分分離部３の気室３５内が負圧となり、液室３４との圧力差が大きくなる。これによって液室３４内のアルコール成分を含む水層から水分のみが、成分分離壁３１の多孔質支持体３２および分離膜３３を順に通過して、気室３５に移動し、その底部に溜まる。
【００４４】
続くステップＳ６では、負圧管４３に設けた水分検出手段７を用いて、負圧管４３内を流通するガス流の水分を測定する。ステップＳ７で測定された水分が所定値Ｃ以下かどうかを判定し、肯定判定されたら、ステップ８へ進む。否定判定された場合は、ステップ６へ戻る。ここで、所定値Ｃは、脱水がほぼ完了したと判断できる水分量以下、例えば１００ｐｐｍに設定する。
【００４５】
ステップＳ８では、減圧ポンプＰ１の作動を停止する。次いで、ステップＳ９に進んで、前回の排水処理後の走行距離を測定する。ステップＳ９〜１１は水分排出実行手段としての処理であり、ステップＳ１０では、ステップＳ９で測定された走行距離が所定距離Ｄ以上かどうかを判定し、肯定判定されたら、ステップ１１へ進む。否定判定された場合は、ステップ１０へ戻る。ここで、所定距離Ｄは、前回の排水処理後、再度気室３５Ｔ内に排水が必要な程度に水分が溜まっていると推定される距離、例えば１０００ｋｍに設定する。
【００４６】
ステップＳ１１では、気室３５底部に接続した排水管４４に設けた電磁弁Ｖ１を開いて、気室３５内の水分を排出する。この状態を所定時間Ｅ継続し、その後電磁弁Ｖ１を閉じて排水処理を終了する。ここで、所定時間Ｅは、排水がほぼ完了したと判断できる時間以上、例えば５分に設定する。
【００４７】
このようにして、本実施形態では、定期的にあるいは給油後に水分分離部３による処理を実施して、燃料タンクＴ内の水分のみを分離、排出することができる。よって、燃料中への水分混入による燃焼性能の悪化、排気の悪化や、燃料系の腐食といった不具合を防止し、しかも水層へ混入するアルコール成分の排出を防止して、無駄なく利用することができる。
【００４８】
ここで、本実施形態では、水分分離部３の配置は、燃料成分よりも重い水分が溜まりやすい燃料タンクＴの最下部に設けたが、必ずしもこれに限らず、水分が溜まりやすい下方部位、または給油時に吸湿することから、給油口の直下付近のように他の部位に設けることもできる。また、水分分離部３の気室３５内を負圧にするための負圧発生手段として、本実施形態では減圧ポンプＰ１を用いたが、他の手段を用いることもできる。これを、図６に本発明の第２の実施形態として示す。
【００４９】
図６は、本実施形態の燃料供給装置の全体構成を示す概略図である。本実施形態において燃料タンクＴの底部に水分分離部３を備えた構成および水分分離部３の基本構造は、上記第１の実施形態と同様であり、説明を省略する。本実施形態では、負圧発生手段として、水分分離部３の気室３５に接続される負圧管４３に、図１の減圧ポンプＰ１を設ける代わりに、開閉弁である電磁弁Ｖ２を設け、さらに負圧管４３をエンジン吸気管（図示せず）の負圧部に接続させている。また、電磁弁Ｖ２の作動は、制御手段６によって制御される。その他の構成は、上記第１の実施形態と同様である。
【００５０】
これにより、制御手段６からの指令によって電磁弁Ｖ２を開閉し、気室３５に負圧管４３を介して吸気管負圧を導入することができる。このようにしても、水分分離部３において、成分分離壁３１の上下室の圧力差を大きくして水分の分離を促進することができ、上記第１の実施形態と同様の効果が得られる。また、減圧ポンプＰ１が不要となるので、簡易な構成となり装置の小型化が可能である。
【００５１】
図７に、本実施形態の制御手段６にて実行される水分分離および排水処理動作に示す。図７において、ステップＳ２１〜Ｓ２４は、図５のステップＳ１〜Ｓ４に相当する判定手段としての処理である。まず、ステップＳ２１では、前回の水分分離処理からの走行距離を測定し、ステップＳ２２で測定された走行距離が所定距離Ａ（例えば２００ｋｍ）以上かどうかを判定する。肯定判定されたら、ステップ５へ進み、否定判定された場合は、ステップ１へ戻る。
【００５２】
一方、ステップＳ２３では、燃料タンクＴに貯留される燃料量の、前回の測定時からの増加分を測定する。ステップＳ２４で測定された燃料増加量が所定値Ｂ（例えば１０Ｌ）以上かどうかを判定し、肯定判定されたら、ステップ２５へ進む。否定判定された場合は、ステップ２３へ戻る。
【００５３】
ステップＳ２５〜Ｓ２８は、図５のステップＳ５〜Ｓ８に相当する水分分離実行手段としての処理である。ステップＳ２５では、燃料タンクＴ内に設けた水分分離部３において水分分離を実行するために、負圧管４３に設けた電磁弁Ｖ２を開弁する。これにより、負圧管４３から吸気管負圧が導入されて、水分分離部３の気室３５内が負圧となり、液室３４との圧力差が大きくなる。これによって液室３４内のアルコール成分を含む水層から水分のみが、成分分離壁３１の多孔質支持体３２および分離膜３３を順に通過して、気室３５に移動し、その底部に溜まる。
【００５４】
続くステップＳ２６では、負圧管４３に設けた水分検出手段７を用いて、負圧管４３内を流通するガス流の水分を測定する。ステップＳ２７で測定された水分が所定値Ｃ（例えば１００ｐｐｍ）以下かどうかを判定し、肯定判定されたら、ステップ２８へ進む。否定判定された場合は、ステップ２６へ戻る。
【００５５】
ステップＳ２８では、電磁弁Ｖ２を閉弁し吸気管の負圧部との連通を遮断する。ステップＳ２９〜３１は、図５のステップＳ９〜Ｓ１１に相当する水分排出実行手段としての処理であり、ステップＳ２９では、前回の排水処理後の走行距離を測定する。ステップＳ２０では、ステップＳ２９で測定された走行距離が所定距離Ｄ（例えば１０００ｋｍ）以上かどうかを判定し、肯定判定されたら、ステップ３１へ進む。否定判定された場合は、ステップ２０へ戻る。
【００５６】
ステップＳ３１では、気室３５底部に接続した排水管４４に設けた電磁弁Ｖ１を開いて、気室３５内の水分を排出する。この状態を所定時間Ｅ（例えば５分）継続し、その後電磁弁Ｖ１を閉じて排水処理を終了する。
【００５７】
このように、本実施形態においても、定期的にあるいは給油後に水分分離部３による処理を実施して、燃料タンクＴ内の水分のみを分離、排出することができ、上記第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００５８】
なお、上記実施形態では、アルコール燃料またはアルコール混合ガソリン燃料において、燃料中に混入する水分を分離する水分分離部３を設けた場合について説明したが、例えばバイオディ−ゼル燃料や、バイオディ−ゼル燃料と軽油との混合燃料に適用することもできる。また、これら燃料に限らず、水分が混入しやすい他の燃料、特に水分に溶解しやすい成分を含む燃料に好適に使用され、大きな効果を発揮する。
【００５９】
以上のように、本発明によれば、燃料タンク内の燃料に混入する水分を、水分分離装置により効率よく分離、排出することができるので、燃料中への水分混入による不具合を防止し、水層へ混入する燃料成分の排出を防止して、経済性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の第１の実施形態における内燃機関の燃料供給装置の構成を示す全体概略図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における水分分離部の全体概略構成図である。
【図３】（ａ）は図２のＡ部拡大図、（ｂ）は図３（ａ）のＢ部拡大図である。
【図４】水分分離部による水分分離時の圧力特性を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態における制御手段の動作を説明するためのフローチャートである。
【図６】本発明の第２の実施形態における内燃機関の燃料供給装置の構成を示す全体概略図である。
【図７】本発明の第２の実施形態における制御手段の動作を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００６１】
１ エンジン
１１ インジェクタ
２ デリバリーパイプ
３ 水分分離部
３１ 成分分離壁
３２ 多孔質支持体
３３ 分離膜
３４ 液室
３５ 気室
４１ 燃料供給配管（燃料供給路）
４２ 燃料戻し配管
４３ 負圧管（負圧発生手段）
４４ 排水管（水分排出手段）
５ プレッシャレギュレータ
７ 制御制御手段
Ｖ１ 電磁弁（水分排出手段）
Ｖ２ 電磁弁（負圧発生手段）
Ｔ 燃料タンク
Ｐ０ 燃料ポンプ
Ｐ１ 減圧ポンプ（負圧発生手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
不純物として水分を含む液体燃料から水分を分離するための水分分離装置であって、
水分を選択的に透過させて分離する分離膜を有する成分分離壁にて区画された２室からなり、その一方の室を上記液体燃料が導入される液室とし、他方の室を上記成分分離壁を通過した水分を導いて一時貯留させる気室とした水分分離部を備えることを特徴とする水分分離装置。
【請求項２】
上記水分分離部の上記気室に負圧を発生させる負圧発生手段を有する請求項１に記載の水分分離装置。
【請求項３】
上記水分分離部の上記成分分離壁は、上記分離膜とこれを支持する多孔質支持体からなる請求項１または２に記載の水分分離装置。
【請求項４】
上記成分分離壁の上記分離膜は、ゼオライト膜である請求項１ないし３のいずれか１項に記載の水分分離装置。
【請求項５】
上記液体燃料は、アルコール燃料またはアルコールを混合したガソリン燃料である請求項１ないし４のいずれか１項に記載の水分分離装置。
【請求項６】
上記液体燃料は、バイオディーゼル燃料またはバイオディーゼル燃料と軽油との混合燃料である請求項１ないし４のいずれか１項に記載の水分分離装置。
【請求項７】
上記請求項１ないし６のいずれか１項に記載の水分分離装置を備え、燃料タンクに蓄えた上記液体燃料を燃料供給路から内燃機関に供給する燃料供給装置であって、
上記燃料タンク内または給油口から上記燃料タンクに至る通路に、上記水分分離部を一体に設け、上記液室が上側に上記気室が下側に配置されるとともに、上記液室に設けた開口から上記燃料タンク内の上記液体燃料が上記液室内を流通して上記成分分離壁へ供給されるようにしたことを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
【請求項８】
上記請求項７に記載の内燃機関の燃料供給装置において、
上記水分分離部の上記気室の側壁に接続される管路を設け、該管路に負圧発生手段を設けて上記気室に負圧を発生可能とした内燃機関の燃料供給装置。
【請求項９】
上記請求項８に記載の内燃機関の燃料供給装置において、
上記負圧発生手段は、吸気管負圧または減圧ポンプを利用して上記気室に負圧を発生させるものである内燃機関の燃料供給装置。
【請求項１０】
上記請求項８または９に記載の内燃機関の燃料供給装置において、
上記水分分離部の作動を制御する制御手段を設け、該制御手段は、
上記内燃機関の走行距離が所定距離以上かどうか、あるいは上記燃料タンクの燃料量が増加したかどうかを判定する判定手段と、
該判定手段が肯定判定された時に、上記負圧発生手段を作動させて上記水分分離部の上記気室内を負圧にすることにより、上記液室から上記気室へ水分を分離させる水分分離実行手段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１１】
上記請求項１０に記載の内燃機関の燃料供給装置において、
上記水分分離部の上記気室の底部に水分排出手段を設け、
上記制御手段は、
上記気室に接続される上記管路を流通するガス中の水分を測定する水分検出手段と、
該水分検出手段にて測定される水分量が所定値以下となった時に、上記水分排出手段を作動させて上記気室内に分離貯留された水分を排出する水分排出実行手段を備える内燃機関の燃料供給装置。
【請求項１】
不純物として水分を含む液体燃料から水分を分離するための水分分離装置であって、
水分を選択的に透過させて分離する分離膜を有する成分分離壁にて区画された２室からなり、その一方の室を上記液体燃料が導入される液室とし、他方の室を上記成分分離壁を通過した水分を導いて一時貯留させる気室とした水分分離部を備えることを特徴とする水分分離装置。
【請求項２】
上記水分分離部の上記気室に負圧を発生させる負圧発生手段を有する請求項１に記載の水分分離装置。
【請求項３】
上記水分分離部の上記成分分離壁は、上記分離膜とこれを支持する多孔質支持体からなる請求項１または２に記載の水分分離装置。
【請求項４】
上記成分分離壁の上記分離膜は、ゼオライト膜である請求項１ないし３のいずれか１項に記載の水分分離装置。
【請求項５】
上記液体燃料は、アルコール燃料またはアルコールを混合したガソリン燃料である請求項１ないし４のいずれか１項に記載の水分分離装置。
【請求項６】
上記液体燃料は、バイオディーゼル燃料またはバイオディーゼル燃料と軽油との混合燃料である請求項１ないし４のいずれか１項に記載の水分分離装置。
【請求項７】
上記請求項１ないし６のいずれか１項に記載の水分分離装置を備え、燃料タンクに蓄えた上記液体燃料を燃料供給路から内燃機関に供給する燃料供給装置であって、
上記燃料タンク内または給油口から上記燃料タンクに至る通路に、上記水分分離部を一体に設け、上記液室が上側に上記気室が下側に配置されるとともに、上記液室に設けた開口から上記燃料タンク内の上記液体燃料が上記液室内を流通して上記成分分離壁へ供給されるようにしたことを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
【請求項８】
上記請求項７に記載の内燃機関の燃料供給装置において、
上記水分分離部の上記気室の側壁に接続される管路を設け、該管路に負圧発生手段を設けて上記気室に負圧を発生可能とした内燃機関の燃料供給装置。
【請求項９】
上記請求項８に記載の内燃機関の燃料供給装置において、
上記負圧発生手段は、吸気管負圧または減圧ポンプを利用して上記気室に負圧を発生させるものである内燃機関の燃料供給装置。
【請求項１０】
上記請求項８または９に記載の内燃機関の燃料供給装置において、
上記水分分離部の作動を制御する制御手段を設け、該制御手段は、
上記内燃機関の走行距離が所定距離以上かどうか、あるいは上記燃料タンクの燃料量が増加したかどうかを判定する判定手段と、
該判定手段が肯定判定された時に、上記負圧発生手段を作動させて上記水分分離部の上記気室内を負圧にすることにより、上記液室から上記気室へ水分を分離させる水分分離実行手段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１１】
上記請求項１０に記載の内燃機関の燃料供給装置において、
上記水分分離部の上記気室の底部に水分排出手段を設け、
上記制御手段は、
上記気室に接続される上記管路を流通するガス中の水分を測定する水分検出手段と、
該水分検出手段にて測定される水分量が所定値以下となった時に、上記水分排出手段を作動させて上記気室内に分離貯留された水分を排出する水分排出実行手段を備える内燃機関の燃料供給装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−１３８１１４（Ｐ２００８−１３８１１４Ａ）
【公開日】平成２０年６月１９日（２００８．６．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３２６９７２（Ｐ２００６−３２６９７２）
【出願日】平成１８年１２月４日（２００６．１２．４）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月１９日（２００８．６．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月４日（２００６．１２．４）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
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