JP2004522043A - ディーゼル燃料の蒸気放出を低減するためのディーゼル燃料再循環システム及び装置 - Google Patents
ディーゼル燃料の蒸気放出を低減するためのディーゼル燃料再循環システム及び装置 Download PDFInfo
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Abstract
Description
【0001】
本出願は、2001年4月5日出願の米国特許仮出願出願番号第60/282,343号、及び2002年4月2日出願の出願番号未定の米国特許出願の優先権を主張する。
本発明は、ディーゼル動力装置、特に閉鎖型ディーゼル燃料システムのための再循環燃料システムに関連するシステムを開示する。
【背景技術】
【0002】
多くの種類のディーゼル動力装置のための様々な種類の燃料供給システムが存在している。そのようなシステムは、多くの場合、燃料を空気と混合し、得られた燃料/空気混合気のディーゼル動力装置内に計量して供給することを気化器システムではなく燃料噴射システムに依存する。燃料噴射システムは、多くの場合、気化器システムとは異なり、連続的に循環する燃料供給を必要とする。連続循環燃料システムは、多くの場合、動力装置からのあらゆる未使用燃料を燃料タンクへ送り、この処理は、一定再循環として知られている。
【0003】
一定再循環は、ディーゼル動力装置の「弱点」として見られてきた。何故ならば、動力装置は、多くの場合、動力装置に装着された燃料噴射システムを使用し、従って、動力装置が放出した熱によって燃料噴射システムが熱の一部をそのシステム内に捕える場合があるからである。その結果、燃料噴射システムを通じて再循環する燃料は、かなり高温になる可能性がある。この加熱された燃料は、それが燃料タンクに戻された時、動力装置により発生された熱を燃料タンクの燃料に伝達する。作動中の燃料タンクの燃料温度の上昇は、様々な理由で問題があり、ディーゼル燃料供給システムにおける燃料供給に障害を引き起こすことが知られている。
【0004】
従って、戻り燃料の温度を低下させて燃料タンクの燃料の過熱を回避するために、多くの試みが為されてきた。これらの試みには、区画化された燃料タンクを利用すること、加熱燃料をタンクの主要区画内に徐々に放出する燃料タンク内の戻し装置を利用すること、及び、外部環境に熱を分配する別のシステムへ戻り燃料の熱を伝達する熱交換器/燃料冷却装置を利用することが含まれる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
環境問題に関する最近の関心と、これに応じたディーゼル燃料システムに対する環境規制の強化とにより、燃料蒸気放出(emission)の低減に関する問題も存在する。特に、加熱された戻り燃料は、燃料タンクの燃料の温度をその蒸発温度まで上昇させ、それによって燃料から放出される蒸気放出量を増大させる。この蒸気放出は、外部大気へ逃げるままに放置する場合があり、環境にとって有害であると考えられる。すなわち、ディーゼル動力車両の燃料蒸気放出を低減する必要性が存在する。
【0006】
従って、これに応じて、ディーゼル燃料と、水/ディーゼル燃料噴射物、ディーゼル燃料中の水のエマルジョン、及び、ディーゼル及び天然ガス混合気のようなディーゼル燃料派生物用の燃料再循環システムにとって燃料冷却手段の必要性が存在する。この必要性は、燃料タンクのディーゼル燃料の加熱を防止することができる解決策を要求する。この解決策の1つの有利な態様は、現存の燃料供給システムを僅かに変更するだけで実施することができ、かつ、単純に実施することができ、燃料供給システムの適正作動を妨げるおそれのある複雑なシステムを防ぐということである。この必要性に対する解決策の別の有利な態様は、製造、取付け、及び保守を低コストで達成できるということである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明によって開示される方法及び装置は、再循環経路及び冷却装置を含む燃料流システムの作動に関し、本方法は、燃料の温度を感知する段階と、燃料の温度が閾値温度を超えた時に冷却装置を再循環経路に挿入する段階とを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【0008】
開示されたシステムの以下の説明は単に例示的であり、限定する意味は全くないことを当業者は認めるであろう。開示されたシステムの他の実施形態は、これらの当業者には容易に示唆されるものである。
図1aは、開示のディーゼル燃料再循環システム及びディーゼル燃料の蒸気放出を低減するための装置の一実施形態を示しており、全体的に参照符号1で表示されている。本システムは、ディーゼル内燃機関4とすることができるディーゼル動力装置から通常は離れて位置する燃料タンク2を含む。燃料タンク2は、ディーゼル内燃機関4上又は近傍に置くことができる燃料ポンプ6に燃料タンクを接続する燃料供給ライン5を有する。燃料ポンプ6は、燃料タンク2から燃料供給ライン5を通じて燃料を取り出し、ディーゼル内燃機関4上に装着することができる燃料噴射システム7内にその燃料を送り込む。燃料ポンプ6は、燃料噴射システム7が燃料を要求しているか否かに関係なく、その中に連続的に燃料を送り込む。燃料噴射システム7に供給された余分な燃料は、戻り燃料供給ライン8により燃料噴射システム7から取り去られる。
【0009】
戻り燃料ライン8は、燃料システムを2つの回路に分割する二方弁9に結合される。第1回路は、図1bに個別に強調されている。再び図1aを参照すると、二方弁9が開かれ、第1回路の戻り燃料供給ライン11を通じて、戻り燃料を燃料ポンプ6の上流かつ燃料タンク2の下流の燃料供給ライン5上に位置する第1のT字コネクタ12の中に切り換える。燃料ポンプ6と第1のT字コネクタ12との間で燃料供給ライン5上に位置するサーモスタットコントローラ13(thermostatic controller)は、二方弁9の作動を制御する。サーモスタットコントローラ13が、燃料供給ライン5内の燃料温度が約90°Fと97°Fの間の領域の閾値温度、より具体的には、95°Fの閾値温度に等しいか又はそれ以下であることを感知した時、サーモスタットコントローラ13は、二方弁9に第1回路を開かせ、戻り燃料を燃料供給ライン5及び燃料噴射システム7内に戻るように再循環させる。異なる燃料システム及び条件に適応させるために、これらの実施形態で開示した温度は変えてもよい。
【0010】
サーモスタットコントローラ13が、燃料供給ライン5内の燃料(つまり、燃料タンク2からの燃料と再循環された戻り燃料との混合物)の温度が閾値温度を超える温度に達したことを感知した時、サーモスタットコントローラ13は、二方弁9に直接再循環用の第1回路を閉じて冷却用の第2回路を開かせる。第2回路は、図1cにおいて個別に強調されている。
戻り燃料が二方弁9を通過する時、第2回路は、この戻り燃料を第2回路の燃料配送供給ライン14を通じて燃料冷却装置15内へ搬送する。燃料冷却装置15即ち熱交換器は、燃料/空気熱交換器、車両の空調システムに結合された冷却装置等の幾つかの異なる種類が可能であろう。燃料冷却装置15が余分な熱を取り去った後、冷却された燃料は、第2回路により、第2回路戻り燃料供給ライン16を通じて、第1のT字コネクタ12の上流かつ燃料タンク2の下流の燃料供給ライン5上に位置する第2のT字コネクタ17に供給される。
【0011】
図2は、ディーゼル燃料の温度を低下させる開示の方法を示している。段階30において、本方法は、燃料の温度をモニタする。このモニタリングは、連続的又は間欠的とすることができる。このモニタリングは、図1aのサーモスタットコントローラ13において行うことができる。問合せ段階32において、本方法は、燃料の温度が閾値温度よりも高いか否かを判断する。燃料温度が閾値温度よりも高い場合は、本方法は、段階36において、第1回路を閉じて第2回路を開く。第1回路及び第2回路が既にこの状態にある場合は、本方法は、単にこの状態を維持するだけである。燃料温度が閾値温度よりも低いか又は閾値温度に等しい場合は、本方法は、第1回路を開いて第2回路を閉じる。第1回路及び第2回路が既にこの状態にある場合は、本方法は、単にこの状態を維持するだけである。
【0012】
図3aには、ディーゼル燃料の蒸気排出を低減するための開示のディーゼル燃料再循環システム及び装置の別の実施形態が全体的に参照符号20を付して示されている。本システムは、ディーゼル内燃機関23とすることができるディーゼル動力装置22から普通は遠く離れて位置する燃料タンク21を含む。燃料タンク21は、ディーゼル内燃機関23の上又は近傍に位置することができる燃料ポンプ25に燃料タンクを接続する燃料供給ライン24を有する。燃料ポンプ25は、燃料タンク21から燃料供給ライン24を通じて燃料を取り出し、ディーゼル内燃機関23上に装着することができる燃料噴射システム26内にその燃料を送り込む。燃料ポンプ25は、燃料噴射システム26が燃料を要求しているか否かに拘わらず、燃料噴射システムの中に燃料を連続的に送り込む。燃料噴射システム26に供給された余分な燃料は、戻り燃料供給ライン27により燃料噴射システム26から取り去られる。戻り燃料ライン27は、より詳細に後述する三方弁28に結合される。第1のサーモスタットコントローラ31は、燃料ポンプ25と上述の第1のT字コネクタ30との間で燃料供給ライン24上に位置し、三方弁28の作動を部分的に制御する。
【0013】
この実施形態における第1回路は、図3bに個別に強調して示されている。再び図3aを参照すると、第1回路は、燃料噴射システム26、燃料ポンプ25、戻り燃料ライン27、三方弁28、第1のT字コネクタ30、及び第1のサーモスタットコントローラ31を含む。
この実施形態における第2回路は、図3cに個別に強調して示されている。再び図3aを参照すると、第2回路は、燃料噴射システム26、燃料ポンプ25、戻り燃料ライン27、三方弁28、燃料冷却装置33、T字コネクタ35、燃料供給ライン24、T字コネクタ30、及び第1のサーモスタットコントローラ31を含む。
【0014】
引き続き図3aを参照すると、第3回路は、戻り燃料を燃料タンク戻り供給ライン36を通じて燃料タンク21へ戻す。第3回路は、図3dに個別に強調して示されている。この第3回路はまた、燃料タンク21の近傍で燃料供給ライン24上に位置する第2のサーモスタットコントローラ37を有する。この第2のサーモスタットコントローラ37は、第1のサーモスタットコントローラ31と同様に三方弁28に結合される。
【0015】
燃料供給ラインの始端と供給ラインの終端の燃料温度が約20°Fから50°Fの範囲、より具体的には約40°Fの第1の閾値温度に等しいか又はそれ以下であることをサーモスタットコントローラ31及び37の両方が感知した時、三方弁28は、第1及び第2回路を非作動に保ちながら、第3回路を通じて戻り燃料を燃料タンク21へ戻すように作動される。燃料供給ライン24の終端の燃料が第1の閾値温度を超えて約90°Fと97°Fの間の範囲、より具体的には約95°Fの第2の閾値温度の温度範囲に達したことを第1のサーモスタットコントローラ31が感知した時、第1のサーモスタットコントローラ31は、必要に応じて第2のサーモスタットコントローラ37に優先し(override)、三方弁28を作動して第1回路を開き、第1のT字コネクタ30を通じて戻り燃料を燃料噴射システムへ直接再循環し、第3及び第2回路を閉じる。第1のサーモスタットコントローラ31が、燃料供給ライン24の終端における燃料が第2の閾値温度に等しいか又はそれを超える温度に上昇したことを感知した時、第1のサーモスタットコントローラ31は、第2のサーモスタットコントローラ37に優先し、それはまた、三方弁28を再び作動して、この場合には燃料冷却用の第2回路を開き、第1回路を閉じて第3回路を閉じた状態に維持する。
【0016】
第2のサーモスタットコントローラ37が第1の閾値よりも低い温度を感知した場合は、第2のサーモスタットコントローラ37は、第1のサーモスタットコントローラ31に優先し、第1及び第2回路を閉じて第3回路を開き、それによって燃料のゲル化といった幾つかの問題を生じ得る燃料タンクの燃料の過度の冷却を防止することができる。
このようにして、図3aに開示のシステムは、高温の燃料(平均温度が第1の閾値温度を超える燃料)が燃料タンク21に達して燃料タンク21内の燃料を暖めることを防止する。これは、燃料タンク21内の燃料が人工的に暖められて時期尚早に環境内に蒸気を放出することを防止する。本発明は、ディーゼル及び水の組合せやディーゼル燃料中の水のエマルジョンのようなディーゼル燃料派生物を使用する燃料システムに適合させることもできるであろう。
【0017】
周囲温度が第1の閾値温度よりも低く、それと同じ温度の冷えたディーゼル内燃機関4を仮定すると、作動時には、サーモスタットコントローラ31及び37は、第3回路だけが開かれて戻り燃料を燃料タンク21へ戻すように三方弁28を設定するであろう。第1の閾値温度においては、この温度が燃料の蒸発温度よりも十分に低いので、ディーゼル燃料は、ほとんど又は全く蒸気を放出しない。ディーゼル内燃機関23に供給されている燃料が第1の閾値温度よりも高い温度に達した場合は、第1のサーモスタットコントローラ31は、第2回路を閉じた状態に維持しながら第3回路が閉じて第1回路が開かれるように、三方弁を作動する。第1回路が開かれて、戻り燃料を燃料供給ライン24内に直接再循環させる。機関が継続して暖まるので、戻り燃料/タンク燃料の温度はそれに応じて上昇する。この燃料が第2の閾値温度又はそれを超える温度に達すると、第1のサーモスタットコントローラ31は、三方弁28を作動し、直通の第1回路を閉じて冷却用の第2回路を開き、戻り燃料をそれが燃料供給ライン24に戻る前に燃料冷却装置33へ送る。この時、第3回路は閉じたままである。仮に燃料冷却装置33が戻り燃料を第2の閾値温度よりも低い温度まで冷却したとすれば、冷却用の第2回路は閉じられ、同時に直通の第1回路は再び開かれることになる。一実施形態においては、ディーゼル内燃機関23が十分に長い時間停止され、それによって内燃機関と燃料とが第1の閾値温度よりも低い温度まで冷却されたという条件で、第3回路は、通常はディーゼル内燃機関23の停止及び始動時のみに作動されることになる。
【0018】
図4は、図3a〜図3dに示した実施形態に関連する低いディーゼル燃料温度を維持する開示の方法を示している。段階40において、本方法は、燃料の温度をモニタする。このモニタリングは、連続的又は間欠的とすることができる。これは、図3aのサーモスタットコントローラ31及び37において行うことができる。問合せ段階41において、本方法は、燃料温度が第1の閾値温度に等しいか又はそれ以下であるか否かを判断する。燃料温度が第1の閾値温度に等しいか又はそれ以下である場合は、本方法は、段階42において、第1回路を閉じ、第2回路を閉じ、第3回路を開く。第1、第2、及び第3回路が既にこの状態にある場合は、本方法は、単にこの状態を維持するだけである。燃料温度が第1の閾値温度よりも高い場合は、本方法は、問合せ段階44において、燃料温度が第1の閾値温度よりも高くかつ第2の閾値温度よりも低いか否かを判断する。燃料温度が第1の閾値温度よりも高くかつ第2の閾値温度よりも低い場合は、本方法は、第1回路を開き、第2回路を閉じ、第3回路を閉じる。これらの3つの回路が既にこの状態にある場合は、本方法は、単にこの状態を維持するだけである。問合せ段階44において、燃料温度が第1の閾値温度よりも高くかつ第2の閾値温度よりも低い温度ではないと判断した場合、段階48において、本方法は、第1回路を閉じ、第2回路を開き、第3回路を閉じる。これらの3つの回路が既にこの状態にある場合は、本方法は、単にこの状態を維持するだけである。
本発明の実施形態及び用途を示して説明したが、本明細書の概念から逸脱することなく上述の内容に更に多くの変更が可能であることは当業者には明らかであろう。従って、本発明は、特許請求の範囲の精神による以外は限定されない。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1a】本発明の好ましい実施形態の概略図である。
【図1b】第1の流体回路を示す概略図である。
【図1c】第2の流体回路を示す概略図である。
【図2】開示された方法の一実施形態を示す流れ図である。
【図3a】本発明の別の実施形態の概略図である。
【図3b】第1の流体回路を示す概略図である。
【図3c】第2の流体回路を示す概略図である。
【図3d】第3の流体回路を示す概略図である。
【図4】開示された方法の一実施形態を示す流れ図である。
【符号の説明】
【0020】
2 燃料タンク
4 ディーゼル内燃機関
5 燃料供給ライン
6 燃料ポンプ
7 燃料噴射システム
8、11、16 戻り燃料供給ライン
9 二方弁
12、17 T字コネクタ
13 サーモスタットコントローラ
15 燃料冷却装置
Claims (18)
- 再循環経路及び冷却装置を含む燃料流システムを作動させる方法であって、
燃料の温度を感知する段階と、
前記燃料の温度が閾値温度を超えた時に、前記冷却装置を前記再循環経路に挿入する段階と、
を含むことを特徴とする方法。 - 燃料ポンプ及び冷却装置を含む燃料システムの燃料の流れを制御する方法であって、
燃料温度が閾値温度よりも低い場合に、前記燃料ポンプを通じて燃料を再循環させる段階と、
前記燃料温度が閾値温度よりも高い場合に、燃料冷却装置と直列の前記燃料ポンプを通じて燃料を再循環させる段階と、
を含むことを特徴とする方法。 - 燃料温度が閾値温度よりも低い場合に、定容量燃料ポンプを通じて燃料を再循環させる段階と、
前記燃料温度が閾値温度よりも高い場合に、前記定容量燃料ポンプおよび直列の冷却装置を通じて燃料を再循環させる段階と、
を含むことを特徴とする、定容量燃料ポンプを作動させる方法。 - 燃料ポンプと、
燃料を前記燃料ポンプへ再循環させるための第1の回路と、
冷却装置と、
燃料を前記冷却装置を通じて前記燃料ポンプへ再循環させるための第2の回路と、
サーモスタットと、
前記燃料ポンプと流れ連通している弁であって、前記燃料が閾値温度よりも低い温度の時に燃料の流れを前記第1の回路を通るように方向付けし、前記燃料が前記閾値温度よりも高い温度の時に燃料の流れを前記第2の回路を通るように方向付けするため、前記サーモスタットにより制御されている弁と、
を含むことを特徴とする燃料再循環システム。 - 前記閾値温度は、約90°Fから約97°Fの温度範囲から選択されることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の方法、又は請求項4に記載のシステム。
- 前記閾値温度は、約95°Fであることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の方法、又は請求項4に記載のシステム。
- 燃料ポンプと、
燃料を前記燃料ポンプへ再循環させるための第1の回路と、
冷却装置と、
燃料を前記冷却装置を通じて前記燃料ポンプへ再循環させるための第2の回路と、
燃料タンクと、
燃料を前記燃料タンクを通じて前記燃料ポンプへ再循環させるための第3の回路と、
サーモスタットと、
前記燃料ポンプと流れ連通している弁であって、前記燃料が第1の閾値温度よりも低い温度の時に燃料の流れを前記第3の回路を通るように方向付けし、前記燃料が第1の閾値温度よりも高いが第2の閾値温度よりも低い温度の時に燃料の流れを前記第1の回路を通るように方向付けし、前記燃料が前記第2の閾値温度よりも高い温度の時に燃料の流れを前記第2の回路を通るように方向付けするための前記サーモスタットにより制御されている弁と、
を含むことを特徴とする燃料再循環システム。 - 燃料ポンプ、冷却装置、及び燃料タンクを含む燃料システムの燃料の流れを制御する方法であって、
燃料温度が第1の閾値温度よりも低い場合に、前記燃料ポンプ及び燃料タンクを通じて流れを再循環させる段階と、
前記燃料温度が第1の閾値温度よりも高くかつ第2の閾値温度よりも低い場合に、前記燃料ポンプを通じて流れを再循環させる段階と、
前記燃料温度が第2の閾値温度よりも高い場合に、前記燃料ポンプ及び冷却装置を通じて燃料を再循環させる段階と、
を含むことを特徴とする方法。 - 燃料温度が第1の閾値温度よりも低い場合に、定容量燃料ポンプ及び燃料タンクを通じて燃料を再循環させる段階と、
前記燃料温度が第1の閾値温度よりも高くかつ第2の閾値温度よりも低い場合に、前記定容量燃料ポンプを通じて燃料を再循環させる段階と、
前記燃料温度が第2の閾値温度よりも高い場合に、前記定容量燃料ポンプおよび直列の冷却装置を通じて燃料を再循環させる段階と、
を含むことを特徴とする、定容量燃料ポンプを作動させる方法。 - 再循環経路及び冷却装置を含む燃料流システムを作動させる方法であって、
燃料の温度を感知する段階と、
前記燃料の温度が第1の閾値温度よりも低い時に、燃料タンクを再循環経路に挿入する段階と、
前記燃料の温度が第1の閾値温度よりも高くかつ第2の閾値温度よりも低い時に、前記燃料タンクを前記再循環経路から除去する段階と、
前記燃料の温度が第2の閾値温度よりも高い時に、前記冷却装置を前記再循環経路に挿入する段階と、
を含むことを特徴とする方法。 - 燃料ポンプと、
前記燃料ポンプの入口の近くに位置した第1のサーモスタットコントローラと、
燃料を前記燃料ポンプへ再循環させるための第1の回路と、
冷却装置と、
燃料を前記冷却装置を通じて前記燃料ポンプへ再循環させるための第2の回路と、
燃料タンクと、
燃料を前記燃料タンクを通じて前記燃料ポンプへ再循環させるための第3の回路と、
前記燃料タンクの出口の近くに位置した第2のサーモスタットコントローラと、
前記燃料ポンプと流れ連通している弁であって、前記第1及び第2のサーモスタットコントローラの両方により測定された前記燃料の平均温度が第1の閾値温度よりも低い時に、燃料の流れを前記第3の回路を通るように方向付けし、前記第1及び第2のサーモスタットコントローラの両方により測定された前記燃料の前記平均温度が第1の閾値温度よりも高いが第2の閾値温度よりも低い温度の時に、燃料の流れを前記第1の回路を通るように方向付けし、前記第1及び第2のサーモスタットコントローラの両方により測定された前記燃料の前記平均温度が前記第2の閾値温度よりも高い温度の時に、燃料の流れを前記第2の回路を通るように方向付けするため、サーモスタットにより制御されている弁と、
を含むことを特徴とする燃料再循環システム。 - 前記第2のサーモスタットコントローラが前記第1の閾値温度よりも低い燃料温度を測定した場合に、前記第2のサーモスタットコントローラは、前記第1のサーモスタットコントローラに優先し、前記弁を制御して燃料の流れを前記第3の回路を通るように方向付けすることを特徴とする請求項11に記載のシステム。
- 前記第1のサーモスタットコントローラが前記第1の閾値温度よりも高い燃料温度を測定した場合に、前記第1のサーモスタットコントローラは、前記第2のサーモスタットコントローラに優先し、前記弁を制御して燃料の流れを前記第1の回路を通るように方向付けすることを特徴とする請求項11に記載のシステム。
- 前記第1のサーモスタットコントローラが前記第2の閾値温度よりも高い燃料温度を測定した場合に、前記第1のサーモスタットコントローラは、前記第2のサーモスタットコントローラに優先し、前記弁を制御して燃料の流れを前記第2の回路を通るように方向付けすることを特徴とする請求項11に記載のシステム。
- 前記第1の閾値温度は、約90°Fから約97°Fの温度範囲から選択されることを特徴とする請求項7、11、12、13、又は14のいずれか1項に記載のシステム、又は、請求項8、9、又は10のいずれか1項に記載の方法。
- 前記第1の閾値温度は、約95°Fであることを特徴とする請求項7、11、12、13、又は14のいずれか1項に記載のシステム、又は、請求項8、9、又は10のいずれか1項に記載の方法。
- 前記第2の閾値温度は、約20°Fから約50°Fの温度範囲から選択されることを特徴とする請求項7、11、12、13、又は14のいずれか1項に記載のシステム、又は、請求項8、9、又は10のいずれか1項に記載の方法。
- 前記第2の閾値温度は、約40°Fであることを特徴とする請求項7、11、12、13、又は14のいずれか1項に記載のシステム、又は、請求項8、9、又は10のいずれか1項に記載の方法。
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