JP2000507328A - 燃料再循環システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 燃料タンク（１４）と、該燃料タンク（１４）及び内燃エンジン（１２）の間で燃料を移送する燃料供給回路と、該エンジン（１２）の上流にある燃料供給回路と連結し、燃料（２６）を該燃料タンク（１４）へ周期的に再循環させる燃料再循環回路（２０）とを有する燃料再循環システム（１０）が設けられる。この燃料再循環システム（１０）は又、燃料ポンプ（１８、３８）を有し、その容積は、エンジン（１２）へ必要とされる燃料（２６）を燃料供給回路を介して提供し、残された燃料を燃料再循環回路（２０）によって周期的に（例えば２４時間ごとに）再循環させるのに十分である。

Description

【発明の詳細な説明】 燃料再循環システム技術分野 本発明は、内燃エンジン用燃料再循環システムに関し、特に、燃料源として水 性燃料エマルジョンを使用する内燃エンジン用燃料再循環システムに関する。従来の技術 最近の燃料開発では、炭素ベースの燃料と、水と、減摩材、乳化剤、表面活性 剤、腐食抑制剤、セタン向上剤、その他の様々な添加物とから本質的に構成され る種々の水性燃料エマルジョンを生み出している。この添加物が、水分子を炭素 ベースの燃料と分離せずに結合する作用をする。これらの水性燃料エマルジョン は、加圧点火エンジン（例えばディーゼルエンジン）を含むが、それに限定され ない内燃エンジンにおいて、エンジン、燃料システム、又は既存の燃料供給基盤 に大きな修正を加えずに、有害排出物を要求レベル以下に減少させるための、価 格面で有効な方策を見出すのに重要な役割を果たすことができる。 しかし、水性燃料エマルジョンは、時間が経過すると水相と燃料相に分離する 傾向がある。分離が起きると、水相は燃料リザーバの底付近に溜り、燃料相は水 相の上部に集まる傾向がある。多くのエンジン作動特性が、所定の燃料組成に対 応して調節されるため、燃料分離に関する問題は、非常に深刻である。燃料組成 が分離によって変化すると、エンジン性能は著しく低下する。 燃料の濃度を維持し、又は燃料の温度を制御する目的のために、燃料の再循環 に関連する装置及び技術が、いくつか発明されている。例えば、米国特許番号第 5、263、456号（オーエン・エヴァンズ）は、エンジンに送られる燃料の温度を 高くするために、必要に応じて、エンジンから燃料タンクに戻るように、或いは 、燃料供給ラインに戻るように、過剰燃料を再循環させる燃料流通装置を開示し ている。この燃料流通装置は、燃料供給ライン、燃料移送ポンプ、燃料噴射ポン プ、燃料戻りライン及びバイパス通路を採用するが、燃料エマルジョンの分離を 防止する目的のために、タンクにおける燃料を再循環する必要性を示していない 。米国特許番号第2、599、699（ディルワース）も、エンジンに供給された燃料 の温度を高める目的のために同様の燃料流通装置を開示している。 ディーゼルエンジンにおける燃料の温度制御に特に用いられる他の関連技術が 、米国特許番号第4、411、239（ケルヒ）に開示されている。ここに開示された システムは、燃料をエンジンに供給する燃料噴射回路と、燃料噴射回路の燃料を 冷却するためにタンクに燃料を再循環させる燃料冷却回路とを含む２つの異なる 燃料回路を備える。これらの２つの異なる回路は、共に、燃料タンクからの低温 の燃料を用いる燃料噴射回路において燃料を冷却する目的のために、熱変換機へ の供給を行う。 燃料混合物（例えばガソリン／アルコール）の分離を防ぐように設計された他 の関連する技術の燃料供給システムが、米国特許番号第4、136、652 （リー）に開 示されている。ここに開示された燃料供給システムは、燃料タンク内に配置され 、燃料タンクからエンジンの燃料供給装置に燃料ラインを介して燃料を供給し、 同時に燃料ラインにおける一部の燃料をタンクの底へ再循環させる燃料ポンプを 備える。発明の概要 本発明は、水性燃料エマルジョンの分離を防止するために、水性燃料エマルジ ョンを用いる内燃エンジンの燃料を再循環する方法及びシステムを提供すること によって上記の問題のいくつかを検討する。 広義において、本発明は、燃料タンクと、該燃料タンク及び内燃エンジン間で 燃料を移送する燃料供給回路と、エンジンの上流側において燃料供給回路と連結 され、燃料を燃料タンクに周期的に再循環させる燃料再循環回路とを備える燃料 再循環システムを特徴とする。この燃料再循環システムは又、再循環回路と燃料 供給回路の両方を通して、燃料を循環するための燃料ポンプをも備える。ここに 開示された実施例において、該ポンプの容量すなわち吐出量は、１時間あたりタ ンクの容量の少なくとも２４分の１、又は、必要とされる燃料を燃料供給回路を 介してエンジンに供給し、残りの量の燃料を２４時間ごとに燃料再循環回路によ って再循環させる容量とほぼ等しい。 燃料再循環回路は、燃料再循環システムを通して燃料の流れを調整するために 用いられるチェックバルブを備えることが好ましい。燃料タンクから出る燃料は 、前記燃料タンクの低い部分から抜き出されることが好ましく、燃料タンクに戻 される燃料は、再循環された燃料への空気混入を減少するために燃料タンクの中 央部分へ取り入れることが好ましい。図面の簡単な説明 本発明の上記及び他の態様、特徴、利点は、後述の図面と関連して示される一 層詳細な説明によってより明確になる。 図１は、水性燃料エマルジョンを使用する内燃エンジン用の燃料再循環システ ムの実施例を示す図である。 図２は、水性燃料エマルジョンを使用する内燃エンジン用の燃料再循環システ ムの他の実施例を示す図である。 対応する参照番号は、図面の幾つかの図全部に渡って対応する部品を示す。好ましい実施例の詳細な説明 次の説明は、本発明を実行するために現在考えられる最善の態様である。この 説明は、限定的な意味で解釈されるべきではなく、単に本発明の一般的原理を説 明する目的でなされている。本発明の範囲は、請求の範囲に基づいて定められる 。 図面、特に図１を参照すると、内燃エンジン１２と共に使用する燃料再循環シ ステム１０の実施例が示されている。そこに見られるように、燃料再循環システ ム１０は、燃料タンク１４と、燃料供給ライン１６と、エンジン移送ポンプ１８ と、燃料再循環バイパス回路２０と、燃料再循環チェックバルブ２２と、燃料戻 り回路２５を有する。 燃料タンク１４内にある燃料２６は、燃料供給ライン１６を介してエンジン移 送ポンプ１８及びエンジン１２に移送される。多くの燃料供給システムに共通す るように、燃料タンク１４からの燃料２６は、燃料タンク１４の低い部分又は底 部分から供給されることが好ましい。エンジン１２は、燃料２６の規定された量 を燃焼用エンジンシリンダーに提供できる複数の燃料噴射器３０のような燃料供 給装置を備えることが好ましい。燃料噴射器３０によってエンジンシリンダーに 噴射されない過剰燃料２６は、燃料戻り回路２５を介して燃料タンク１４に戻さ れる。さらに、燃料供給ライン１６と燃料戻り回路２５とは、燃料再循環バイパ ス回路２０を介して流体的に連通しており、燃料再循環チェックバルブ２２の制 御を受ける。ここに説明された実施例において、燃料再循環バイパス回路２０及 び燃料再循環チェックバルブ２２は、エンジン移送ポンプ１８の下流部分に配置 される。 この開示された実施例において、エンジン移送ポンプ１８は、燃料タンク１４ から過剰燃料２６（例えば、即時エンジン作動に要求されない燃料の量）を吐出 するようにオーバーサイズに形成される。エンジン移送ポンプ１８を通って吐出 される過剰燃料２６は、燃料再循環バイパス回路２０及び燃料再循環チェックバ ルブ２２を通って燃料タンク１４へ再循環される。好ましくは、説明された実施 例におけるエンジン移送ポンプ18の容量すなわち吐出量は、１時間につきタンク の容量の少なくとも２４分の１、又は、要求される燃料２６をエンジン１２に供 給し、燃料タンク１４内に残された燃料２６を２４時間ごとに再循環させるのに 十分な容量とほぼ等しい。 上記のように、燃料再循環システム１０は、水性燃料エマルジョンを使用でき る内燃エンジン１２と接続して使用される時、最も効果がある。これは、水性燃 料エマルジョンが、時間が経つにつれ水相と炭化水素相へ変化すなわち分離する 傾向があるからである。適切な燃料混合物が燃焼して最適なエンジン性能を持続 できるようにするためには、燃料再循環と攪拌が必要とされる。 多くの既存の燃料供給システムと違って、燃料戻り回路２５からの燃料２６は 、燃料タンク１４の中心又は中間部分辺りで燃料タンク１４に戻り、燃料を再乳 化し、エマルジョンに空気が入り込むことを妨げる（すなわち燃料供給への空気 混入を減少する）ことが好ましい。燃料戻り回路２５の吐出ヘッド３２は、再循 環され及び／又は戻された燃料２６が、攪拌され、再乳化されることを確実にす るのに十分である。 燃料再循環システムの他の実施例が、図２に示される。この実施例は、水性燃 料エマルジョンを用いるように元来設計されてないエンジンを改良する際の使用 に特に適当である。規定容積のエンジン移送ポンプ１８を備える多くの既存のエ ンジンは、それだけでは、燃料タンク１４における燃料エマルジョンのすべての 量を再循環するのに、十分ではない。この問題に対処するために、ここに説明さ れた実施例は、エンジン移送ポンプ１８の上流の燃料供給ライン１６に沿って配 置される別の燃料ブーストポンプ３８を採用する。 図２から分かるように、燃料再循環システム１０の説明された実施例は、図１ に関して説明された実施例と、燃料タンク１４、燃料供給ライン１６、エンジン 伝達ポンプ１８、燃料再循環バイパス回路２０、燃料再循環チェックバルブ２２ 及び燃料返送回路２５を有する点で、非常に類似している。ここに説明された燃 料再循環システム１０は又、燃料２６の所定量を燃焼のためにエンジンシリンダ ーに供給できる複数の燃料噴射器３０のような燃料供給装置を有する内燃エンジ ン１２と作動的に組合わされることが好ましい。破線で示されるように、燃料戻 り回路２５は、未使用の燃料をエンジン１２から燃料タンク１４に戻し、或いは 、エンジン１２に戻すことができる。燃料再循環システム１０のここに示された 実施例は又、燃料ブーストポンプ３８を採用し、それは、燃料再循環バイパス回 路２０と共に、エンジン移送ポンプ１８の上流側に配置されている。 図示された実施例において、燃料タンク１４内にある燃料２６は、燃料供給ラ イン１６を介して燃料ブーストポンプ３８に移送され、該燃料ブーストポンプ３ ８は、燃料２６の所定量と、一日一回燃料タンク１４の燃料２６の全体量（例え ば１時間につき該燃料の少なくとも２４分の１の量）を循環するための余分な燃 料をエンジン移送ポンプ１８を介してエンジン１２に供給できる大きさである。 燃料ブーストポンプ３８によって供給され、エンジン移送ポンプ１８及びエンジ ン１２によっては要求されない過剰燃料は、燃料再循環バイパス回路２０及び燃 料再循環チェックバルブ２２を通って燃料戻り回路２５に戻るか、燃料タンク１ ４に戻るように方向付けられる。燃料再循環バイパス回路２０と燃料再循環チェ ックバルブ２２は、燃料供給ライン１６と流体連通するように配置され、燃料ブ ーストポンプ３８とエンジン移送ポンプ１８の間に置かれる。燃料再循環チェッ クバルブ２２は、エンジン移送ポンプ１８への燃料圧力を調整する。 上記のように、燃料タンク１４からの燃料２６は、燃料タンク１４の低い部分 又は底部分から供給されることが好ましい。燃料噴射器３０によってエンジンシ リンダーに噴射されない過剰燃料２６は、燃料戻り回路２５を介して燃料タンク １４に戻される。燃料戻り回路２５の燃料２６は、エマルジョンに空気が入り込 むことを妨げるために、燃料タンク１４の中心又は中間部分付近で燃料タンク１ ４に戻されることが好ましい。 上述から、燃料再循環システムの上記開示された実施例は、エンジンへ燃料供 給を行うと同時に、燃料タンクの水性燃料エマルジョンの分離を防止する能力を 提供することが理解されるであろう。ここに開示された発明は、特殊な実施例に よって説明されるが、多くの修正と変更が、本発明の範囲から離れることなく、 またその重要な利点のすべてを犠牲にすることなく、当業者によって可能である 。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．内燃エンジン（１２）用の燃料再循環システム（１０）であって、 燃料タンク（１４）と、 前記燃料タンク１４及び前記エンジン（１２）と流体連通し、それらの間で燃 料を移送できる燃料供給回路と、 第１端及び第２端を備え、前記第１端が、前記燃料タンク（１４）の外側で 前記エンジン（１２）の上流側の前記燃料供給回路と連結し、前記第２端は、 燃料への空気混入を減少するために、前記燃料タンク（１４）の中心部分で流 体連通している燃料再循環回路（２０）と、 前記燃料供給回路及び前記再循環回路（２０）を通って燃料を循環させる燃 料ポンプ（３８）と を有するシステム。 ２．請求の範囲第１項に記載の燃料再循環システム（１０）において、前記燃料 再循環回路（２０）の前記第２端は、前記エンジン（１２）の下流の前記燃料 戻り回路（２５）と連結されたシステム。 ３．請求の範囲第１項に記載の燃料再循環システム（１０）において、前記燃料 再循環回路の前記第２端は、前記燃料タンク（１４）と連結されたシステム。 ４．前記燃料タンク（１４）内に配置される水性燃料エマルジョン（２６）を有 する請求の範囲第１項記載の燃料再循環システム（１０）。 ５．請求の範囲第１項に記載の燃料再循環システム（１０）において、前記燃料 供給回路は、前記燃料タンク（１４）の低い部分と流体連通するシステム。 ６．請求の範囲第１項に記載の燃料再循環システム（１０）において、前記燃料 再循環回路（２０）は、前記第１端からの流れを可能にするように前記再循環 回路（２５）と作動的に組合わされて配置されるチェックバルブ（２２）を有 するシステム。 ７．請求の範囲第６項に記載の燃料再循環システム（１０）において、前記燃料 供給回路はさらに、 前記燃料タンク（１４）と前記エンジン（１２）とを接続し、前記燃料タン ク（１４）から前記エンジン（１２）へ燃料を移送できる燃料ライン（１６） と、 前記エンジン（１２）と前記タンク（１４）の間に配置され、未使用の燃料 を前記エンジン（１２）から前記燃料タンク（１４）へ戻すことができる燃料 戻りライン（２５）と、 を有するシステム。 ８．請求の範囲第７項に記載の燃料再循環システム（１０）において、前記燃料 戻りライン（２５）は、前記燃料タンク（１４）の中央部分と流体連通するシ ステム。 ９．請求の範囲第６項に記載の燃料再循環システム（１０）において、前記燃料 供給回路は、さらに、 前記燃料タンク（１４）と前記エンジン（１２）を接続させ、前記燃料タン ク（１４）から前記エンジン（１２）へ燃料を移送できる燃料ライン（１６） と、 前記エンジン（１２）に接続され、未使用の燃料を前記燃料ライン（１６） へ戻すことができる燃料戻りライン（２５）と、 を有するシステム。 １０．請求の範囲第６項に記載の燃料再循環システム（１０）において、前記燃 料供給回路は、前記燃料再循環回路（２０）の前記第１端の下流に配置される 第２燃料ポンプ（１８）を有し、前記第２燃料ポンプ（１８）は、燃料（２６ ）の所定量を前記エンジン（１２）に供給できるシステム。 １１．請求の範囲第１０項に記載の燃料再循環システム（１０）において、第２ 燃料ポンプ（１８）への前記燃料供給圧力は、前記チェックバルブ（２２）に よって調整されるシステム。 １２．内燃エンジン（１２）用の燃料再循環システム（１０）であって、 燃料タンク（１４）と、 前記燃料タンク（１４）と前記エンジン（１２）とに流体連通し、それらの 間で燃料を移送できる燃料供給回路と、 前記燃料タンク（１４）の外側で前記エンジン（１２）の上流の前記燃料供 給回路と連結する第１端を備える燃料再循環回路（２０）と、 前記燃料供給回路及び前記再循環回路（２０）を通じて燃料を循環させる第 １燃料ポンプ（３８）と、 前記燃料再循環回路（２０）の前記第１端の下流に配置され、燃料（２６） の所定量を前記エンジン（１２）に供給できる前記第２燃料ポンプ（１８）と 、 を有するシステム。 １３．請求の範囲第１２項に記載の再循環システム（１０）において、前記燃料 再循環回路（２０）は、前記第１端からの流れを可能にするように前記再循環 回路（２５）と作動的に組合わされて配置されるチェックバルブ（２２）を有 するシステム。 １４．請求の範囲第１３項に記載の燃料再循環システム（１０）において、前記 第２燃料ポンプ（１８）への前記燃料供給圧力は、前記チェックバルブ（２２ ）によって調整されるシステム。 １５．請求の範囲第１２項に記載の燃料再循環システム（１０）において、前記 燃料再循環回路（２０）の第２端が、前記燃料タンク（１４）と連結するシス テム。 １６．請求の範囲第１５項に記載の燃料再循環システム（１０）において、前記 燃料再循環回路（２０）の前記第２端は、前記燃料タンク（１４）の中央部分 と流体連通するシステム。 １７．前記燃料タンク（１４）に配置される水性燃料エマルジョン（２６）を有 する請求の範囲第１２項に記載の燃料再循環システム（１０）。 １８．請求の範囲第１２項に記載の燃料再循環システム（１０）において、前記 燃料供給回路は、前記燃料タンク（１４）の低部分と流体連通するシステム。