JP2006002668A - Fuel fractional distillation device of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料を液相と気相とに分留する内燃機関の燃料分留装置に関する。 The present invention relates to a fuel fractionating device for an internal combustion engine that fractionates fuel into a liquid phase and a gas phase.
燃料分留装置として、燃料タンクから低圧ポンプによって汲み上げた燃料を分留室に導いて軽質分と重質分とに分留し、これらを別系統でエンジンに供給する装置が知られている(特許文献1)。その他本発明に関連する先行技術文献として、特許文献2及び3が存在する。
As a fuel fractionation device, a device is known in which fuel pumped from a fuel tank by a low-pressure pump is led to a fractionation chamber, fractionated into a light fraction and a heavy fraction, and these are supplied to the engine in separate systems ( Patent Document 1). Other prior art documents relating to the present invention include
このような装置では、燃料の分留によって気相側に分留された燃料をエンジンに供給するポンプと、液相側に分留された燃料をエンジンに供給するポンプとを別々に用意しなければならないので、コストの増大を招く。そのうえ、これらのポンプを搭載するためのスペースをそれぞれ確保しなければならないので、搭載性が悪い。 In such an apparatus, a pump that supplies the fuel that has been fractionated to the gas phase side by fuel fractionation to the engine and a pump that supplies the fuel that has been fractionated to the liquid phase side to the engine must be prepared separately. This increases the cost. In addition, the space for mounting these pumps must be secured, so that the mounting property is poor.
また、燃料を分留するためには、その燃料を分留可能な温度まで加熱しなければならないので、分留する燃料の温度が低いほど分留のために多くのエネルギーが必要となる。燃料タンク内の温度は低温(一般には上限20°C程度)であるため、従来の装置のように燃料タンクから汲み上げた燃料を直ちに分留するには多くのエネルギーが必要となる。 Further, in order to fractionate the fuel, it is necessary to heat the fuel to a temperature at which fractionation is possible. Therefore, the lower the temperature of the fractionated fuel, the more energy is required for fractionation. Since the temperature in the fuel tank is low (generally, the upper limit is about 20 ° C.), much energy is required to immediately fractionate the fuel pumped from the fuel tank as in the conventional apparatus.
そこで、本発明はコストの削減と同時に搭載性を向上することができ、又は分留に必要なエネルギーを低減できる内燃機関の燃料分留装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a fuel fractionation device for an internal combustion engine that can improve the mountability at the same time as the cost reduction or can reduce the energy required for fractionation.
本発明の第1の燃料分留装置は、燃料を気相と液相とに分留する分留部と、燃料タンクから燃料を汲み上げる燃料フィードポンプと、前記燃料フィードポンプで汲み上げられた燃料を加圧する加圧ポンプと、前記分留部で気相側に分留された燃料を所定の供給先に供給する軽質燃料フィードポンプと、を備え、前記燃料フィードポンプ、前記加圧ポンプ、及び前記軽質燃料フィードポンプのそれぞれが共通の駆動軸で駆動されるように配置されていることにより、上述した課題を解決する(請求項1)。 A first fuel fractionation device according to the present invention includes a fractionation unit for fractionating fuel into a gas phase and a liquid phase, a fuel feed pump for pumping fuel from a fuel tank, and fuel pumped by the fuel feed pump. A pressurizing pump for pressurizing, and a light fuel feed pump for supplying the fuel fractionally distilled in the fractionation unit to a predetermined supply destination, the fuel feed pump, the pressurizing pump, and the Each of the light fuel feed pumps is arranged so as to be driven by a common drive shaft, thereby solving the above-described problem.
分留部にて燃料を液相と気相とに分留し、気相側に分留された燃料(気相燃料)を利用する装置では、この燃料を所定の供給先へ供給するポンプが必要となる。この発明によれば、燃料フィードポンプ、加圧ポンプ、及び軽質燃料フィードポンプのそれぞれが共通の駆動軸で駆動されるので、分留された燃料を所定の供給先に供給するための専用ポンプを別途設ける必要がない。従って、専用ポンプの追加設置に伴うコストを削減できる。しかも、各ポンプの配置場所をそれぞれ確保する必要がないので、ポンプの搭載性が向上する。 In an apparatus that separates fuel into a liquid phase and a gas phase at a fractionation unit and uses the fuel (gas phase fuel) fractionated on the gas phase side, a pump that supplies the fuel to a predetermined supply destination is provided. Necessary. According to the present invention, since the fuel feed pump, the pressure pump, and the light fuel feed pump are each driven by a common drive shaft, a dedicated pump for supplying the fractionated fuel to a predetermined supply destination is provided. There is no need to provide it separately. Therefore, the cost associated with the additional installation of the dedicated pump can be reduced. In addition, since it is not necessary to secure the location of each pump, the mountability of the pump is improved.
本発明の第2の燃料分留装置は、燃料タンクから燃料を汲み上げるフィードポンプと、前記フィードポンプで汲み上げられた燃料を加圧する加圧ポンプと、前記加圧ポンプで加圧された燃料を蓄圧するコモンレールと、前記コモンレールから前記燃料タンクに燃料を戻すリターン通路と、前記リターン通路に導かれた燃料を気相と液相とに分留する分留部と、を具備することにより、上述した課題を解決する(請求項2)。 The second fuel fractionating device of the present invention includes a feed pump that pumps fuel from a fuel tank, a pressurizing pump that pressurizes the fuel pumped by the feed pump, and accumulating fuel pressurized by the pressurizing pump. A common rail, a return passage for returning the fuel from the common rail to the fuel tank, and a fractionation unit for fractionating the fuel guided to the return passage into a gas phase and a liquid phase. The problem is solved (claim 2).
一般にコモンレールから燃料タンクに戻される燃料は高温状態にあるので、その燃料が導かれるリターン通路内には燃料タンクの燃料よりも高温の燃料が流れている。ちなみに、コモンレールから戻される燃料の温度は上限100°C程度であり、燃料タンク内の燃料の温度は上限20°C程度である。この発明によれば、燃料タンク内の燃料よりも高温の燃料が分留部に供給されるので、燃料タンクから汲み上げた燃料を直ちに加熱して分留する形態と比較して分留に要するエネルギーを低減できる。 In general, since the fuel returned from the common rail to the fuel tank is in a high temperature state, fuel having a temperature higher than that in the fuel tank flows in a return passage through which the fuel is guided. Incidentally, the temperature of the fuel returned from the common rail is about 100 ° C., and the temperature of the fuel in the fuel tank is about 20 ° C. According to the present invention, since fuel having a temperature higher than that of the fuel in the fuel tank is supplied to the fractionation unit, energy required for fractionation is compared with a mode in which the fuel pumped up from the fuel tank is immediately heated and fractionated. Can be reduced.
本発明の第1又は第2燃料分留装置において、前記燃料タンクには、前記燃料フィードポンプで燃料を汲み上げるための燃料取出口と、前記分留部で液相側に分留された燃料を戻すための燃料戻し口と、が設けられ、前記燃料戻し口は前記燃料タンクの一端側に、前記燃料取出口は前記燃料タンクの他端側にそれぞれ配置されていてもよい(請求項3)。この形態によれば、分留部にて液相側に分留された燃料(液相燃料)の燃料戻し口と燃料取出口とが離れて配置されるので、燃料タンクに戻された液相燃料が直ちに燃料フィードポンプで汲み上げられることがない。従って、液相燃料つまり高沸点成分を多く含んだ燃料が分留に供されることを抑制できるので、分留部にて気相燃料を効率良く分留することができる。 In the first or second fuel fractionation device of the present invention, the fuel tank contains a fuel outlet for pumping fuel by the fuel feed pump, and fuel fractionally fractionated to the liquid phase side by the fractionation unit. A fuel return port for returning the fuel tank, wherein the fuel return port is disposed on one end side of the fuel tank, and the fuel outlet is disposed on the other end side of the fuel tank. . According to this aspect, since the fuel return port and the fuel outlet of the fuel (liquid phase fuel) fractionated to the liquid phase side in the fractionation unit are arranged apart from each other, the liquid phase returned to the fuel tank Fuel is not immediately pumped by the fuel feed pump. Therefore, liquid phase fuel, that is, fuel containing a large amount of high-boiling components can be prevented from being used for fractional distillation, so that vapor phase fuel can be fractionated efficiently in the fractionation section.
このような燃料タンクには、前記燃料戻し口を介して戻された燃料の前記燃料取出口側への移動が制限されるように、前記燃料取出口と前記燃料戻し口との間に移動制限手段を設けてもよい(請求項5)。この移動制限手段を設けることにより、例えば、車両の運転等の外的要因によって燃料タンクに慣性力が作用しても、燃料戻し口を介して戻された燃料が燃料取出口側へ容易に移動しないので、効率の良い分留をより持続できる。 In such a fuel tank, movement restriction between the fuel outlet and the fuel return port is restricted so that movement of fuel returned through the fuel return port to the fuel outlet side is restricted. Means may be provided (claim 5). By providing this movement restriction means, for example, even if an inertial force acts on the fuel tank due to an external factor such as driving of the vehicle, the fuel returned via the fuel return port easily moves to the fuel outlet side. Therefore, efficient fractionation can be sustained more.
以上説明したように、本発明によれば、燃料フィードポンプ、加圧ポンプ、及び軽質燃料フィードポンプのそれぞれが共通の駆動軸で駆動されるように配置され、又はリターン通路に導かれた燃料を気相と液相とに分留する分留部を備えているので、コストの削減と同時に搭載性を向上することができ、又は分留に必要なエネルギーを低減できる内燃機関の燃料分留装置を提供することができる。 As described above, according to the present invention, the fuel feed pump, the pressurization pump, and the light fuel feed pump are arranged so as to be driven by a common drive shaft, or the fuel guided to the return passage is used. A fuel fractionation device for an internal combustion engine that has a fractionation unit that fractionates into a gas phase and a liquid phase, so that it is possible to improve the mountability at the same time as reducing costs, or to reduce the energy required for fractionation. Can be provided.
図1は、本発明に係る燃料分留装置を内燃機関としてのディーゼルエンジン1に適用した一実施形態を示している。この図に示したように、エンジン1には吸気通路2及び排気通路3が接続されている。吸気通路2には、排気エネルギを利用して吸気圧を高める過給機4のコンプレッサ4a、吸気量調整量用のスロットルバルブ5がそれぞれ設けられ、排気通路3には、排気マニホールド3aの下流側に配置された過給機4のタービン4b、タービン4bよりも下流側に配置された排気浄化装置6がそれぞれ設けられている。排気浄化装置6は、例えばパティキュレートを捕集するためのフィルタ基材に吸蔵還元型NOx触媒物質を坦持させた公知のものである。なお、NOxの吸蔵はNOxを保持できればよく、その形態は問わない。
FIG. 1 shows an embodiment in which a fuel fractionation device according to the present invention is applied to a
エンジン1には、燃料(軽油)を貯留する燃料タンク7、燃料タンク7から延びるフィード通路8、燃料タンク7の燃料をフィード通路8を介してコモンレール9に圧送するサプライポンプユニット10、コモンレール9に接続された複数(図では4つ)のインジェクタ11、燃料タンク7から汲み上げた燃料を燃料タンク7に戻すリターン通路12がそれぞれ設けられている。リターン通路12には、コモンレール9から配管13及びレギュレートバルブ14を介して戻される燃料、インジェクタ11から配管15及びチェックバルブ16を介して戻される燃料等の余分な燃料が導かれる。
The
リターン通路12の途中には、分留部17へ燃料を導くための分留通路18が接続されている。リターン通路12と分留通路18との接続部には、圧力バランスを調整するための圧力調整バルブ19が設けられている。圧力調整バルブ19の下流側の分留通路18には、分留部17へ導かれる燃料の流量を制御する流量制御バルブ20が設けられている。圧力調整バルブ19及び流量制御バルブ20は、それぞれ図示しないエンジンコントロールユニット(ECU)と接続されており、これらのバルブ19,20はECUからの所定の指令に従って開度制御可能な電磁制御バルブとして構成されている。これらのバルブ19,20の開度を適宜に制御することにより、分留部17に導かれる燃料量を調整することができる。なお、圧力調整バルブ19及び流量制御バルブ20の制御方法は本発明の要旨とは直接関係しないため、ここでは詳細な説明を省略する。
In the middle of the
図2に詳しく示したように、分留通路18は分留区間18a、水平部18bを経て、分岐点18cに至り、液相通路21と気相通路22とに分岐する。分留区間18aは水平方向に対して傾斜しつつ、排気浄化装置6の下流側の排気通路3内を斜めに通過している。これにより分留区間18aは排気通路3内の排気によって加熱され、リターン通路12から分留部17に供給された燃料は液相燃料f1と気相燃料f2とに分けられる。水平部18b及び分岐点18cはそれぞれ排気通路3の外側に設けられている。分留通路18は全体として下方に向かって延びており、液相燃料f1は、重力により分岐点18cに向かって流れる。
As shown in detail in FIG. 2, the
液相通路21は、分岐点18cから鉛直下方に延びる気相よどみ部21aと、気相よどみ部21aから水平方向に延びる通路部21bとを有している。通路部21bの内径は気相よどみ部21aの内径より若干小さく設定されている。通路部21bの下流側は、燃料タンク7に接続される(図1参照)。
The
気相通路22は、分岐点18cから水平方向に延びるとともに、その下流側は軽質分の燃料を貯留するための軽質燃料タンク23(図1)と接続されており、分留された気相燃料f2は分留通路18及び気相通路22内の圧力により軽質燃料タンク23に導かれる。図1に示したように、軽質燃料タンク23に貯留された燃料は添加用インジェクタ24によって排気浄化装置6の上流側の排気通路3内に添加される。添加用インジェクタ24に対する燃料の供給は添加用フィード通路25の途中に設けられたサプライポンプユニット10により行われる。軽質燃料タンク23からサプライポンプユニット10にて汲み上げられた燃料のうち余分な燃料は軽質燃料リターン通路26に導かれ、軽質燃料タンク23へ戻される。
The
図3に詳しく示したように、サプライポンプユニット10は、燃料タンク7から燃料を汲み上げる燃料フィードポンプ28と、燃料フィードポンプ28より汲み上げられた燃料を加圧する加圧ポンプとしてのプランジャポンプ29と、軽質燃料タンク23から燃料を汲み上げて添加用インジェクタ24へ送り出す軽質燃料フィードポンプ30とを備えている。これらのポンプ28〜30は軸線CLを中心に回転する共通の駆動軸31でそれぞれ駆動されるように配置されている。駆動軸31には、エンジン1のクランク軸(不図示)の回転がギア等の伝達手段を介して伝達される。
As shown in detail in FIG. 3, the
サプライポンプユニット10は、プランジャポンプ29のポンプ室32が形成されたメインハウジング33と、メインハウジング33に取り付けられたフィードポンプハウジング34とを備えている。ポンプ室32内には、駆動軸31を挟んで対向して配置された一対のプランジャ35,35が配置され、これらのプランジャ35,35は駆動軸31に取り付けられたアウターカム36により上下動し、これによりポンプ室32の燃料はデリバリーバルブ37及びフィード通路8を介してコモンレール9へ180MPa程度の高圧で圧送される。
The
フィードポンプハウジング34には燃料フィードポンプ28のポンプ室38と軽質燃料フィードポンプ30のポンプ室39とが形成され、これらのポンプ室38,39は区画壁40によって区画されている。ポンプ室38には燃料フィードポンプ28のロータ41が、ポンプ室39には軽質燃料フィードポンプ30のロータ42がそれぞれ収められている。ロータ41,42は駆動軸31にそれぞれ取り付けられており、これらは駆動軸31の回転に伴ってポンプ室38,39内を回転する。
A
図4は燃料フィードポンプ28の内部を模式的に示した説明図である。この図に示したように、ロータ41はポンプ室38に対して偏心して設けられており、ロータ41には複数個(図では8つ)のベーン43が溝44内を移動可能に取り付けられている。ロータ41が図の矢印の向きに回転することにより、各ベーン43は遠心力によってロータ41の外側に押し出される。このため、入口45からポンプ室38に導かれて各ベーン43の間に挟まれた燃料は圧縮された後、プランジャポンプ29のポンプ室32へ連通路46(図3も参照)を介して送り出される。燃料フィードポンプ28がプランジャポンプ29へ送り出す圧力は0.7MPa程度である。なお、連通路46の途中には、リターン通路12に余分な燃料を導くための通路(不図示)が接続されており、この通路にレギュレートバルブ(不図示)が設けられている。燃料フィードポンプ28によってプランジャポンプ29のポンプ室32へ送り込むことができない燃料はこのレギュレートバルブを介してリターン通路12に導かれる。
FIG. 4 is an explanatory view schematically showing the inside of the
図5に示したように、軽質燃料フィードポンプ30も図4と同様の構成を有する。軽質燃料タンク23から入口47を介してポンプ室39に汲み上げられた燃料は、ポンプ室39内で圧縮されて出口48から0.7MPa程度の圧力で吐出される。吐出された燃料は添加用フィード通路25を介して添加用インジェクタ24へ送り出される(図1も参照)。なお、図5の符号49はベーンを、符号50は溝を、それぞれ示している。
As shown in FIG. 5, the light
図1に戻り、燃料タンク7には、タンク内の燃料を汲み上げるための燃料取出口51と、液相燃料を戻すための燃料戻し口52とが設けられている。燃料取出口51はフィード通路8に、燃料戻し口52は液相通路21(通路部21b)に、それぞれ接続されている。燃料取出口51と燃料戻し口52とは、互いに離れるようにして燃料タンク7の両端にそれぞれ配置されている。
Returning to FIG. 1, the fuel tank 7 is provided with a
燃料取出口51と燃料戻し口52との間、即ち燃料タンク7の中央部には、鉛直上方に突出する凸部7aが燃料タンク7を横断するように形成されている。更に、燃料タンク7には、隔壁53が燃料タンク7を横断するようにして凸部7aの上側に取り付けられている。凸部7a及び隔壁53は、燃料タンク7に戻された液相燃料が燃料取出口51側へ移動することを制限する移動制限手段としてそれぞれ機能する。なお、移動制限手段として効果を発揮させるためには、必ずしも図1のように凸部7a及び隔壁53の両者を設ける必要はなく、これらのいずれか一方を燃料タンク7に設ければよい。
A
本発明は以上の実施形態に限定されず、種々の形態で実施してよい。分留区間18aは排気通路3の適宜な位置と熱交換可能に設けてよく、例えば排気マニホールド3a内を通過するように設けてもよいし、排気通路3の外側に沿わせるようにして配置してもよい。また、分留方式は排気の熱エネルギを利用する形態に限定されず、例えばヒータ等の加熱手段を利用して分留を行う形態でもよい。
The present invention is not limited to the above embodiment, and may be implemented in various forms. The
また、燃料フィードポンプ、加圧ポンプ、及び軽質燃料フィードポンプがそれぞれ共通の駆動軸で駆動される限り、上述した実施形態に限定されない。例えば、燃料フィードポンプ又は軽質燃料フィードポンプとしてインナギア式のポンプを用いてもよい。また、各ポンプが共通のハウジングで一体化されていてもよいし、ポンプ毎にハウジングが分離されていてもよい。 Further, as long as the fuel feed pump, the pressurization pump, and the light fuel feed pump are each driven by a common drive shaft, the present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, an inner gear type pump may be used as the fuel feed pump or the light fuel feed pump. Moreover, each pump may be integrated by the common housing, and the housing may be isolate | separated for every pump.
軽質燃料の供給先は特に限定されず、エンジン1の筒内でもよい。この場合には、軽質燃料フィードポンプとして180MPa程度の圧送が可能なポンプを適宜に用いればよい。
The supply destination of the light fuel is not particularly limited, and may be in the cylinder of the
1 ディーゼルエンジン(内燃機関)
7 燃料タンク
7a 凸部(移動制限手段)
9 コモンレール
12 リターン通路
17 分留部
28 燃料フィードポンプ
29 プランジャポンプ(加圧ポンプ)
30 軽質燃料フィードポンプ
31 駆動軸
50 燃料取出口
51 燃料戻し口
52 隔壁(移動制限手段)
1 Diesel engine (internal combustion engine)
7
9
30 Light
Claims (4)
前記燃料フィードポンプ、前記加圧ポンプ、及び前記軽質燃料フィードポンプのそれぞれが共通の駆動軸で駆動されるように配置されていることを特徴とする内燃機関の燃料分留装置。 A fractionation unit for fractionating fuel into a gas phase and a liquid phase, a fuel feed pump for pumping fuel from a fuel tank, a pressure pump for pressurizing fuel pumped by the fuel feed pump, and the fractionation unit A light fuel feed pump for supplying the fuel fractionated to the gas phase side to a predetermined supply destination,
A fuel fractionating device for an internal combustion engine, wherein the fuel feed pump, the pressurizing pump, and the light fuel feed pump are arranged to be driven by a common drive shaft.
前記燃料戻し口は前記燃料タンクの一端側に、前記燃料取出口は前記燃料タンクの他端側にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関の燃料分留装置。 The fuel tank is provided with a fuel outlet for pumping fuel with the fuel feed pump, and a fuel return port for returning the fuel fractionally fractionated to the liquid phase side in the fractionator,
3. The fuel fractionation of an internal combustion engine according to claim 1, wherein the fuel return port is disposed on one end side of the fuel tank, and the fuel outlet is disposed on the other end side of the fuel tank. apparatus.
The fuel tank has a movement limiting means between the fuel outlet and the fuel return port so that movement of the fuel returned through the fuel return port to the fuel outlet side is restricted. The fuel fractionation device for an internal combustion engine according to claim 3, wherein the fuel fractionation device is provided.
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CN101315052B (en) * | 2007-05-30 | 2011-08-31 | 爱三工业株式会社 | Fuel supply systems |
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- 2004-06-17 JP JP2004179945A patent/JP2006002668A/en active Pending
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