JP2010236454A - Internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガソリン−アルコール混合燃料を用いる内燃機関に関し、より詳しくは該ガソリン−アルコール混合燃料からアルコールを分離する分離手段を備える内燃機関に関するものである。 The present invention relates to an internal combustion engine using a gasoline-alcohol mixed fuel, and more particularly to an internal combustion engine provided with a separating means for separating alcohol from the gasoline-alcohol mixed fuel.
近年、地球温暖化防止の観点から、その原因の一つと考えられている二酸化炭素排出量を削減することが求められている。そこで、ガソリンとエタノール等のアルコールとのガソリン−アルコール混合燃料を自動車燃料に用いることが検討されている。 In recent years, from the viewpoint of preventing global warming, it is required to reduce carbon dioxide emissions, which is considered to be one of the causes. Therefore, use of gasoline-alcohol mixed fuel of gasoline and alcohol such as ethanol as an automobile fuel has been studied.
前記アルコールとしてエタノールを用いるときは、植物性物質、例えばサトウキビ、トウモロコシ等の農作物の醗酵により得たエタノールを用いることができる。前記植物性物質は、原料となる植物自体が既に光合成により二酸化炭素を吸収しているので、かかる植物性物質から得られたエタノールを燃焼させたとしても、排出される二酸化炭素の量は前記植物自体が吸収した二酸化炭素の量に等しい。即ち、総計としての二酸化炭素の排出量は理論的にはゼロになるという所謂カーボンニュートラル効果を得ることができる。 When ethanol is used as the alcohol, ethanol obtained by fermentation of a plant material such as sugar cane or corn can be used. Since the plant substance as a raw material has already absorbed carbon dioxide by photosynthesis, even if ethanol obtained from such a plant substance is burned, the amount of carbon dioxide discharged is Equal to the amount of carbon dioxide absorbed by itself. That is, it is possible to obtain a so-called carbon neutral effect in which the total amount of carbon dioxide emission is theoretically zero.
また、前記ガソリン−アルコール混合燃料を自動車燃料に用いる場合、アルコールはガソリンよりもオクタン価が高いので、該ガソリン−アルコール混合燃料からアルコールを分離して用いることが検討されている。 Further, when the gasoline-alcohol mixed fuel is used as an automobile fuel, since alcohol has a higher octane number than gasoline, it has been studied to use the alcohol separated from the gasoline-alcohol mixed fuel.
一方、ガソリンから他の成分を分離する車載型燃料分離システムとして、分離膜モジュールを用いる分離装置が知られている(例えば特許文献1参照)。 On the other hand, as a vehicle-mounted fuel separation system that separates other components from gasoline, a separation device using a separation membrane module is known (see, for example, Patent Document 1).
前記分離装置は、主燃料タンクから取り出したガソリンを、実質的に芳香族成分のみを透過する分離膜を備える分離膜モジュールに供給する。そして、前記分離膜モジュールの2次側から高オクタン燃料として芳香族成分を取り出すと共に、1次側からは低オクタン燃料として芳香族成分の低減したガソリンを取り出す。 The separation device supplies gasoline taken out from the main fuel tank to a separation membrane module including a separation membrane that permeates substantially only aromatic components. An aromatic component is taken out as a high octane fuel from the secondary side of the separation membrane module, and gasoline with a reduced aromatic component is taken out as a low octane fuel from the primary side.
取出された高オクタン燃料と低オクタン燃料とは、それぞれ高オクタン燃料タンクと低オクタン燃料タンクとに貯留され、それぞれ別の燃料噴射弁に供給される。このとき、前記分離装置によれば、前記高オクタン燃料タンクと低オクタン燃料タンクとの混合比を変えて内燃機関に供給することにより、該内燃機関の負荷に広い範囲で対応することができる。 The extracted high-octane fuel and low-octane fuel are stored in a high-octane fuel tank and a low-octane fuel tank, respectively, and supplied to separate fuel injection valves. At this time, according to the separation device, by changing the mixing ratio of the high-octane fuel tank and the low-octane fuel tank and supplying it to the internal combustion engine, it is possible to cope with the load of the internal combustion engine in a wide range.
しかしながら、前記分離装置は、前記主燃料タンクの他、ガソリンから分離された燃料のための高オクタン燃料タンクと低オクタン燃料タンクとの2つのタンクを必要とし、全部で3つのタンクを備えるので、装置構成の大型化が避けられないという不都合がある。 However, the separation device requires two tanks, a high octane fuel tank and a low octane fuel tank for fuel separated from gasoline, in addition to the main fuel tank, and includes three tanks in total. There is a disadvantage that an increase in the size of the apparatus is inevitable.
本発明は、かかる不都合を解消して、簡単な装置構成でガソリン−アルコール混合燃料からアルコールを分離することができる内燃機関を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an internal combustion engine capable of solving such inconvenience and separating alcohol from a gasoline-alcohol mixed fuel with a simple device configuration.
かかる目的を達成するために、本発明の内燃機関は、ガソリン−アルコール混合燃料を収容する主燃料タンクと、該主燃料タンクから取出された該ガソリン−アルコール混合燃料から実質的にアルコールのみを透過するアルコール分離膜を介してアルコールを分離する分離手段と、該分離手段の二次側を一次側より低圧にする減圧手段と、該分離手段の二次側から取出されたアルコール蒸気を凝縮させて液化する凝縮手段と、該凝縮手段から取出されたアルコールを収容する副燃料タンクとを備えることを特徴とする。 In order to achieve such an object, an internal combustion engine of the present invention includes a main fuel tank containing a gasoline-alcohol mixed fuel, and substantially only alcohol permeated from the gasoline-alcohol mixed fuel taken out from the main fuel tank. Separating means for separating the alcohol through the alcohol separation membrane, depressurizing means for lowering the secondary side of the separating means from the primary side, and condensing alcohol vapor taken from the secondary side of the separating means It is characterized by comprising a condensing means for liquefying and an auxiliary fuel tank for storing alcohol taken out from the condensing means.
本発明の内燃機関では、まず、前記主燃料タンクから取出された前記ガソリン−アルコール混合燃料を前記分離手段に供給する。前記分離手段は、実質的にアルコールのみを透過するアルコール分離膜を備えている。 In the internal combustion engine of the present invention, first, the gasoline-alcohol mixed fuel taken out from the main fuel tank is supplied to the separation means. The separation means includes an alcohol separation membrane that substantially permeates only alcohol.
次に、本発明の内燃機関では、前記減圧手段により該分離手段の二次側を一次側より低圧にすることにより、前記分離手段に供給された前記ガソリン−アルコール混合燃料から、実質的にアルコールのみを分離して該分離手段の二次側に透過させる。 Next, in the internal combustion engine of the present invention, the pressure reduction means lowers the secondary side of the separation means from the primary side, thereby substantially reducing alcohol from the gasoline-alcohol mixed fuel supplied to the separation means. Only is separated and permeated to the secondary side of the separation means.
この結果、前記アルコールは蒸気の状態で、前記分離手段の二次側に透過する。そこで、前記分離手段の二次側から取出されたアルコール蒸気を前記凝縮手段により凝縮させて液化する。そして、前記凝縮手段から取出されたアルコールを前記副燃料タンクに収容する。 As a result, the alcohol permeates to the secondary side of the separating means in a vapor state. Therefore, the alcohol vapor taken out from the secondary side of the separation means is condensed and liquefied by the condensation means. Then, the alcohol taken out from the condensing means is stored in the auxiliary fuel tank.
本発明の内燃機関によれば、前記主燃料タンクに収容された前記ガソリン−アルコール混合燃料と、前記副燃料タンクに収容されたアルコールとの混合比を変えて、該内燃機関に供給することにより、該内燃機関の負荷に広い範囲で対応することができる。従って、前記主燃料タンクと前記副燃料タンクとの2つの燃料タンクがあれば足り、簡単な装置構成でガソリン−アルコール混合燃料からアルコールを分離することができる。 According to the internal combustion engine of the present invention, the mixing ratio between the gasoline-alcohol mixed fuel stored in the main fuel tank and the alcohol stored in the auxiliary fuel tank is changed and supplied to the internal combustion engine. Therefore, the load on the internal combustion engine can be dealt with in a wide range. Therefore, two fuel tanks, the main fuel tank and the sub fuel tank, are sufficient, and alcohol can be separated from the gasoline-alcohol mixed fuel with a simple device configuration.
また、本発明の内燃機関は、前記分離手段の一次側に残留する前記ガソリン−アルコール混合燃料を前記主燃料タンクに還流する還流手段を備えることが好ましい。本発明の内燃機関は、前記還流手段を備えることにより、前記分離手段の一次側に残留する前記ガソリン−アルコール混合燃料を有効に利用することができる。 Moreover, the internal combustion engine of the present invention preferably includes a recirculation means for recirculating the gasoline-alcohol mixed fuel remaining on the primary side of the separation means to the main fuel tank. The internal combustion engine of the present invention can effectively utilize the gasoline-alcohol mixed fuel remaining on the primary side of the separation means by including the reflux means.
また、本発明の内燃機関は、前記分離手段を60〜120℃の範囲の温度に制御する温度制御手段を備えることが好ましい。本発明の内燃機関は、前記温度制御手段により前記分離手段を前記範囲の温度に制御することにより、前記アルコール分離膜によるガソリン−アルコール混合燃料からのアルコールの分離を効率よく行うことができる。 The internal combustion engine of the present invention preferably includes a temperature control means for controlling the separation means to a temperature in the range of 60 to 120 ° C. In the internal combustion engine of the present invention, the separation of the alcohol from the gasoline-alcohol mixed fuel by the alcohol separation membrane can be efficiently performed by controlling the separation means to the temperature within the range by the temperature control means.
前記分離手段の温度が60℃未満であるときには、前記アルコール分離膜によるガソリン−アルコール混合燃料からのアルコールの分離が十分に行われないことがある。また、前記分離手段の温度を120℃を超えるように制御するには、特別の加熱手段を必要とし、装置の大型化が避けられない。 When the temperature of the separation means is less than 60 ° C., the alcohol may not be sufficiently separated from the gasoline-alcohol mixed fuel by the alcohol separation membrane. Further, in order to control the temperature of the separation means to exceed 120 ° C., a special heating means is required, and the size of the apparatus cannot be avoided.
前記温度制御手段は、例えば、前記内燃機関の廃熱との熱交換により前記分離手段を60〜120℃の範囲の温度に制御する熱交換器を備えることにより、該制御を行うことができる。 The temperature control means can perform the control by, for example, including a heat exchanger that controls the separation means to a temperature in the range of 60 to 120 ° C. by heat exchange with the waste heat of the internal combustion engine.
また、本発明の内燃機関において、前記減圧手段は、前記分離手段の二次側と、前記内燃機関の吸気管とを接続する第1の減圧導管を備えることが好ましい。また、前記減圧手段は、前記分離手段の二次側と、前記内燃機関のブレーキフルード管とを接続する第2の減圧導管を備えるものであってもよい。 In the internal combustion engine of the present invention, it is preferable that the decompression means includes a first decompression conduit that connects a secondary side of the separation means and an intake pipe of the internal combustion engine. The decompression means may include a second decompression conduit connecting the secondary side of the separation means and the brake fluid pipe of the internal combustion engine.
本発明の内燃機関は、前記減圧手段が前記第1または第2の減圧導管を備えることにより、該内燃機関自体の負圧発生機構を利用して、前記分離手段の二次側を一次側より低圧にすることができる。従って、特別の減圧手段を必要とすることがなく、装置構成をさらに簡単なものとすることができる。 In the internal combustion engine according to the present invention, the pressure reducing means includes the first or second pressure reducing conduit, so that the secondary side of the separating means can be moved from the primary side using the negative pressure generating mechanism of the internal combustion engine itself. Can be low pressure. Therefore, no special decompression means is required, and the apparatus configuration can be further simplified.
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
図1に示すように、本実施形態の内燃機関1は、エンジンルーム2内に備えられたエンジン3と、エンジン3に供給するガソリン−アルコール混合燃料を収容する主燃料タンク4とを備える。前記ガソリン−アルコール混合燃料としては、例えば、ガソリンとバイオエタノールとの混合燃料を用いることができる。主燃料タンク4は、内蔵するポンプ5に接続された主燃料導管6を備え、主燃料導管6はエンジン3のインジェクター7aに接続されている。
As shown in FIG. 1, the internal combustion engine 1 of this embodiment includes an
主燃料導管6は途中に第1分岐管8を備え、第1分岐管8は途中に設けられた第1熱交換器9、第2熱交換器10を介して、アルコール分離膜11を備える膜モジュール12の一次側に接続されている。アルコール分離膜11としては、例えば、ゼオライト等を用いることができる。
The
膜モジュール12の二次側にはアルコール蒸気取出導管13が備えられ、アルコール蒸気取出導管13は凝縮器14に接続されている。凝縮器14は減圧導管15を備え、減圧導管15は途中に設けられたワンウェイバルブ16を介して、吸気管17のスロットル弁18の下流に接続されている。また、凝縮器14は、空冷のための電動ファン19を備えている。
The secondary side of the membrane module 12 is provided with an alcohol vapor extraction conduit 13, which is connected to a condenser 14. The condenser 14 includes a
さらに、凝縮器14は、内蔵するポンプ20に接続されたアルコール導管21を備え、アルコール導管21は、アルコールを収容する副燃料タンク22に接続されている。副燃料タンク22は、内蔵するポンプ23に接続された副燃料導管24を備え、副燃料導管24はエンジン3のインジェクター7bに接続されている。
Furthermore, the condenser 14 includes an
また、膜モジュール12の一次側には、前記ガソリン−アルコール混合燃料を主燃料タンク4に還流する還流導管25が備えられている。還流導管25は、途中に設けられた第1熱交換器9を介して主燃料タンク4に接続されている。
The primary side of the membrane module 12 is provided with a
また、膜モジュール12の二次側には、ラジエタ26を介してエンジン3に冷却水を循環させる冷却水導管27から分岐される第2分岐管28が貫通せしめられている。第2分岐管28は、膜モジュール12を出た後、さらに途中に設けられた第2熱交換器10を介して、再び冷却水導管27に合流せしめられている。
Further, a
次に、本実施形態の内燃機関1の作動について説明する。 Next, the operation of the internal combustion engine 1 of the present embodiment will be described.
内燃機関1では、まず、ポンプ5により主燃料タンク4から主燃料導管6を介して取出されたガソリン−アルコール混合燃料が、第1分岐管8を介して分離膜モジュール12の一次側に供給される。このとき、前記ガソリン−アルコール混合燃料は、第1分岐管8の途中に設けられた第1熱交換器9で余熱され、さらに第2熱交換器10で、80〜100℃の範囲の温度に加熱されている。
In the internal combustion engine 1, first, the gasoline-alcohol mixed fuel taken out from the main fuel tank 4 through the
分離膜モジュール12は、一次側に前記範囲の温度に加熱された前記ガソリン−アルコール混合燃料が供給される一方、二次側には、冷却水導管27から分岐される第2分岐管28により冷却水が流通される。前記冷却水は、冷却水導管27内に流通されることによりエンジン3と熱交換し、60〜120℃の範囲の温度に加熱されている。
The separation membrane module 12 is supplied with the gasoline-alcohol mixed fuel heated to the temperature in the above range on the primary side, and cooled on the secondary side by the
この結果、分離膜モジュール12は、60〜120℃の範囲の温度となるように加熱される。尚、分離膜モジュール12の温度は、図示しない温度制御手段が前記ガソリン−アルコール混合燃料及び前記冷却水の流量を調整することにより制御されている。 As a result, the separation membrane module 12 is heated to a temperature in the range of 60 to 120 ° C. The temperature of the separation membrane module 12 is controlled by adjusting the flow rate of the gasoline-alcohol mixed fuel and the cooling water by a temperature control means (not shown).
前記冷却水は、第2分岐管28により、分離膜モジュール12に次いで第2熱交換器10に流通され、前記ガソリン−アルコール混合燃料と熱交換することにより、全重tの用に該ガソリン−アルコール混合燃料を60〜120℃の範囲の温度に加熱する。前記冷却水は、第2熱交換器10で、前記ガソリン−アルコール混合燃料と熱交換した後、第2分岐管28を介して冷却水導管27に戻される。
The cooling water is circulated through the
また、膜モジュール12の二次側は、アルコール取出導管13、凝縮器14、減圧導管15を介して、吸気管17に設けられたスロットル弁18の下流に接続されてる。従って、膜モジュール12の二次側は、吸気管17のスロットル負圧により、一次側より低圧にされている。
The secondary side of the membrane module 12 is connected to the downstream side of a
この結果、前記ガソリン−アルコール混合燃料に含まれるアルコールは、膜モジュール12に設けられたアルコール分離膜11を透過し、膜モジュール12の二次側に実質的にアルコールのみからなる蒸気が得られる。前記実質的にアルコールのみからなる蒸気は、前記スロットル負圧により、アルコール取出導管13を介して凝縮器14に導入される。
As a result, the alcohol contained in the gasoline-alcohol mixed fuel passes through the
凝縮器14は、空冷のための電動ファン19により50℃程度の温度とされている。そこで、前記実質的にアルコールのみからなる蒸気は凝縮器14内で凝縮され、液体アルコールが得られる。 The condenser 14 is set to a temperature of about 50 ° C. by an electric fan 19 for air cooling. Therefore, the vapor substantially consisting only of alcohol is condensed in the condenser 14 to obtain liquid alcohol.
このとき、膜モジュール12の一次側には、アルコール濃度の低下したガソリン−アルコール混合燃料が残されているが、該アルコール濃度の低下したガソリン−アルコール混合燃料は、還流導管25を介して主燃料タンク4に還流される。そして、アルコール濃度の低下したガソリン−アルコール混合燃料は、前記還流導管25の途中に設けられた第1熱交換器9で、第1分岐管8に流通されるガソリン−アルコール混合燃料の余熱に用いられる。
At this time, although the gasoline-alcohol mixed fuel having a reduced alcohol concentration remains on the primary side of the membrane module 12, the gasoline-alcohol mixed fuel having the reduced alcohol concentration is supplied to the main fuel via the
そして、凝縮器14で得られた液体アルコールは、ポンプ20により凝縮器14からアルコール導管21を介して取出され、副燃料タンク22に供給される。
Then, the liquid alcohol obtained in the condenser 14 is taken out from the condenser 14 through the
内燃機関1では、主燃料タンク4に収容されているガソリン−アルコール混合燃料は、ポンプ5により主燃料導管6を介してインジェクタ7aに供給される。また、副燃料タンク22に収容されているアルコールは、ポンプ23により副主燃料導管24を介してインジェクタ7bに供給される。
In the internal combustion engine 1, the gasoline-alcohol mixed fuel stored in the main fuel tank 4 is supplied to the injector 7 a by the
そこで、内燃機関1は、図示しないエンジンコントロールユニットにより、インジェクタ7aに供給されるガソリン−アルコール混合燃料と、インジェクタ7bに供給されるアルコールとの比(例えば重量比)を制御する。この結果、内燃機関1は、エンジン3の負荷に広い範囲で対応することができる。
Therefore, the internal combustion engine 1 controls the ratio (for example, weight ratio) between the gasoline-alcohol mixed fuel supplied to the injector 7a and the alcohol supplied to the injector 7b by an engine control unit (not shown). As a result, the internal combustion engine 1 can cope with the load of the
本実施形態の内燃機関1は、主燃料タンク4と副燃料タンク22との2つのタンクを備えるのみの簡単な構成である。また、燃料の移動に用いるポンプも、各燃料タンク4,22に備えられるポンプ5,23と、凝縮器14に備えられるポンプ20との3基のみであり、製造コストを低減することができる。
The internal combustion engine 1 of the present embodiment has a simple configuration that includes only two tanks, a main fuel tank 4 and a
尚、本実施形態では、減圧導管15を吸気管17に設けられたスロットル弁18の下流に接続するようにしているが、減圧導管15は図示しないブレーキフルード管に接続するようにしてもよい。この場合には、ブレーキ負圧を利用して、膜モジュール12の二次側を一次側より低圧にすることができる。
In this embodiment, the
1…内燃機関、 3…エンジン、 4…主燃料タンク、 10…第2熱交換器、 11…アルコール分離膜、 12…膜モジュール、 14…凝縮器、 15…減圧導管、 22…副燃料タンク、 25…還流導管。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Internal combustion engine, 3 ... Engine, 4 ... Main fuel tank, 10 ... 2nd heat exchanger, 11 ... Alcohol separation membrane, 12 ... Membrane module, 14 ... Condenser, 15 ... Decompression conduit, 22 ... Sub fuel tank, 25 ... Reflux conduit.
Claims (6)
該主燃料タンクから取出された該ガソリン−アルコール混合燃料から実質的にアルコールのみを透過するアルコール分離膜を介してアルコールを分離する分離手段と、
該分離手段の二次側を一次側より低圧にする減圧手段と、
該分離手段の二次側から取出されたアルコール蒸気を凝縮させて液化する凝縮手段と、
該凝縮手段から取出されたアルコールを収容する副燃料タンクとを備えることを特徴とする内燃機関。 A main fuel tank containing a gasoline-alcohol mixed fuel;
Separation means for separating the alcohol from the gasoline-alcohol mixed fuel taken out from the main fuel tank through an alcohol separation membrane that substantially transmits only alcohol;
Pressure reducing means for lowering the secondary side of the separating means than the primary side;
Condensing means for condensing and liquefying the alcohol vapor extracted from the secondary side of the separating means;
An internal combustion engine comprising: an auxiliary fuel tank for storing alcohol taken out from the condensing means.
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