JP2006161722A - Fuel supply device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガソリンエンジンあるいはディーゼルエンジンなどの内燃機関に燃料を供給する燃料供給装置に関する。 The present invention relates to a fuel supply device that supplies fuel to an internal combustion engine such as a gasoline engine or a diesel engine.
ガソリンや軽油などの内燃機関の燃料は、炭素数や結合状態の異なる多くの炭化水素成分からなっており、これらの成分はそれぞれ固有の蒸留特性をもつ。このため特に寒冷地における冬季の低温始動では、ガソリンエンジンにおける排気悪化やディーゼルエンジンにおける着火遅れなどの問題を生じることがある。 Fuels of internal combustion engines such as gasoline and light oil are composed of many hydrocarbon components having different carbon numbers and bonding states, and these components each have inherent distillation characteristics. For this reason, problems such as deterioration of exhaust gas in gasoline engines and ignition delay in diesel engines may occur, especially in cold start in winter in cold regions.
例えば、ガソリンでは約4%含有されるノルマルブタンや約13%含有されるイソペンタンなどは、含有量が20%と高いトルエン等に比べて沸点が低く低温始動時には好適な燃料成分である。しかし、上記のようにトルエンなど高沸点成分も含有するので、低温始動時には燃料供給量を増やして運転性を確保するようにしている。このため大量の炭化水素が排気中に混入することとなり、燃費の低下と環境の悪化とを招く虞がある。また、ディーゼルエンジンに使用される軽油では、直鎖成分であるパラフィン系のノルマルデカンは、ベンゼン核を有するアロマ系のエチルベンゼンなどに比べてその発火点は200℃以上も低く、低温始動時の着火性が良好である。しかし、低発火点成分と高発火点成分とを含む軽油燃料では、特に冬季の始動時に高発火点成分が有効に寄与しないために着火遅れが問題となる。 For example, normal butane containing about 4% or isopentane containing about 13% in gasoline is a fuel component suitable for starting at a low temperature because it has a low boiling point compared to toluene, which has a high content of 20%. However, since it also contains a high-boiling component such as toluene as described above, the fuel supply amount is increased during start-up at low temperatures to ensure operability. For this reason, a large amount of hydrocarbons are mixed in the exhaust gas, which may cause a reduction in fuel consumption and environmental degradation. In light oil used in diesel engines, paraffinic normal decane, which is a straight-chain component, has an ignition point lower than 200 ° C compared to aroma-based ethylbenzene having a benzene nucleus, and ignition at low temperature start-up. Good properties. However, in light oil fuels containing a low ignition point component and a high ignition point component, ignition delay becomes a problem because the high ignition point component does not contribute effectively, particularly at the start in winter.
ところで、ディーゼルエンジンの着火遅れは、セタン価の高い燃料(低発火点成分燃料)を使うほど短くなるので、使用燃料から比較的セタン価の高い成分を分離して、このような成分を有する燃料を低速低負荷時の機関に供給する燃料供給装置が知られている(特許文献1参照)。この燃料供給装置では、燃料成分中の直鎖成分を分離カラム中のゼオライトに吸着させ、しかる後に分離カラムにパージ空気を供給することで高セタン価成分のみを抽出し、運転状態によって抽出した高セタン価成分を選択して燃料とするものである。例えば、アイドリング、低速、低負荷運転時にセタン価の高い燃料を機関に供給し、セタン価の影響を受けにくい中高速、中高負荷運転時にはセタン価の低い燃料を供給するようにして、中高速、中高負荷運転時の運転性、燃費、騒音などを悪化させずにアイドリングを含む低速低負荷時の騒音レベルを低減できるとしている。また、機関の始動時および暖機時にセタン価の高い燃料を機関に供給することにより、機関の始動性および暖機時の運転性を向上できるとしている。 By the way, the ignition delay of a diesel engine becomes shorter as the fuel with a higher cetane number (low ignition point component fuel) is used. There is known a fuel supply device that supplies fuel to an engine at low speed and low load (see Patent Document 1). In this fuel supply device, the linear component in the fuel component is adsorbed on the zeolite in the separation column, and then purge air is supplied to the separation column to extract only the high cetane number component, A cetane number component is selected as fuel. For example, a high cetane number fuel is supplied to the engine during idling, low speed and low load operation, and a low cetane number fuel is supplied during medium and high load operation which is not easily affected by cetane number. It is said that the noise level at low speed and low load including idling can be reduced without deteriorating drivability, fuel consumption, noise, etc. during medium and high load operation. In addition, the engine startability and the operability during warm-up can be improved by supplying fuel with a high cetane number to the engine during engine start-up and warm-up.
しかし、低温での始動時には、燃料の気化が重要であるがセタン価着火遅れの指標であり、直接有効な成分に分離が出来ない。
本発明は上記のような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、内燃機関の低温始動性を向上できる燃料供給装置を提供することである。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a fuel supply device that can improve the low-temperature startability of an internal combustion engine.
発明者は内燃機関の排気熱を利用して燃料成分を蒸留分離すれば、低発火点成分または低沸点成分を主成分とする燃料を容易に得ることができることに着目した。 The inventor has paid attention to the fact that a fuel having a low ignition point component or a low boiling point component as a main component can be easily obtained by distilling and separating the fuel component using the exhaust heat of the internal combustion engine.
本発明の燃料供給装置は、内燃機関に燃料を供給する燃料供給装置であって、
燃料中の低発火点成分または低沸点成分を蒸留分離する燃料成分分離手段と、内燃機関に供給する燃料を選択的に切り替える燃料切替手段とを備え、内燃機関の低温始動時に低発火点成分または低沸点成分を燃料として供給することを特徴とする。
The fuel supply device of the present invention is a fuel supply device for supplying fuel to an internal combustion engine,
A fuel component separating means for distilling and separating a low ignition point component or a low boiling point component in the fuel; and a fuel switching means for selectively switching the fuel supplied to the internal combustion engine. A low boiling point component is supplied as a fuel.
本発明の燃料供給装置は、燃料成分分離手段を備えているので、使用燃料から低温始動時に特に有効な低発火点成分または低沸点成分を蒸留分離して始動燃料とすることができる。また、燃料切替手段によって低温始動時には通常の使用燃料に代えて高濃度の低発火点成分または低沸点成分を含有する燃料を供給することができる。従って、低温始動時の燃費の低下や排気中の炭化水素の増加、あるいは着火遅れといった不都合を生じることが無く機関の低温始動性を向上することができる。 Since the fuel supply device of the present invention is provided with the fuel component separation means, a low ignition point component or a low boiling point component that is particularly effective at the time of low temperature start-up can be distilled off from the used fuel to obtain a start fuel. Further, the fuel switching means can supply a fuel containing a high-concentration low-ignition point component or low-boiling point component instead of the normal fuel used at low temperature start. Therefore, the low temperature startability of the engine can be improved without causing problems such as a decrease in fuel consumption at the time of low temperature start, an increase in hydrocarbons in the exhaust, or an ignition delay.
本発明の燃料供給装置において、燃料成分分離手段は、内燃機関の排気経路に介装した燃料気化器を備えており、燃料気化器は排気経路の排気管の外周面に立設されたフィン部と、このフィン部を収容して排気管と同軸状に形成された殻体とからなり、燃料を排気熱により気体成分と液体成分とに分離することが望ましい。 In the fuel supply apparatus of the present invention, the fuel component separation means includes a fuel carburetor interposed in the exhaust path of the internal combustion engine, and the fuel carburetor is a fin portion erected on the outer peripheral surface of the exhaust pipe of the exhaust path. And a shell that is coaxial with the exhaust pipe and accommodates the fin portion, and preferably separates the fuel into a gas component and a liquid component by exhaust heat.
燃料は内燃機関の排気経路に介装した燃料気化器で蒸留して成分分離することができるので、分離手段がコンパクトで、かつ制御が容易である。 Since the fuel can be distilled and separated by a fuel vaporizer interposed in the exhaust path of the internal combustion engine, the separation means is compact and easy to control.
また、前記内燃機関はディーゼルエンジンであることができ、この場合の低発火点成分は主として燃料中のノルマルデカンである。 The internal combustion engine may be a diesel engine, and the low ignition point component in this case is mainly normal decane in the fuel.
また、前記内燃機関はガソリンエンジンであることができ、燃料をシリンダ内へ直接噴霧する直噴式ガソリンエンジンであってもよい。このようなガソリンエンジンの場合には、低沸点成分は主として燃料中のノルマルブタンおよび/またはイソペンタンである。 The internal combustion engine may be a gasoline engine, and may be a direct injection gasoline engine that sprays fuel directly into a cylinder. In such a gasoline engine, the low boiling point component is mainly normal butane and / or isopentane in the fuel.
上記のような低発火点成分または低沸点成分を内燃機関の低温始動用燃料として用いることで、内燃機関の低温始動性を向上することができる。 By using the low ignition point component or the low boiling point component as described above as the low temperature starting fuel for the internal combustion engine, the low temperature startability of the internal combustion engine can be improved.
以下本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の好適な一実施形態である直噴式ガソリンエンジンにおける燃料供給装置のシステム構成を示す。燃料供給装置10は、燃料中の低発火点成分を蒸留分離する燃料成分分離手段14と、エンジンAに供給する燃料を選択的に切り替える燃料切替手段16とを備えている。燃料切替手段16により選択された燃料は、燃料ポンプ18を介してインジェクタ20からエンジンのシリンダ22内へ噴射される。なお、燃料切替手段16は、車両のキースイッチ24のON情報とエンジンの冷却水温度計26からの温度情報とに基づくECU28の指令により電磁弁などを駆動することで、燃料タンク11に貯留されている通常燃料Fと、始動用燃料タンク12に貯留されている低発火点成分を主体とする燃料fとを切り替えるようになっている。また、図中30は点火プラグ、32は排気弁、34はピストンである。
FIG. 1 shows a system configuration of a fuel supply device in a direct injection gasoline engine which is a preferred embodiment of the present invention. The
図2はガソリンエンジンにおける燃料成分分離手段14の構成を示す概要図である。燃料成分分離手段14は、内燃機関Aの排気経路に介装した燃料気化器42を備えている。燃料気化器42は、図4に示すように排気経路の排気管44の外周面に立設されたフィン部46と、フィン部46を収容して排気管44と同軸状に形成された殻体48とからなり、燃料Fを排気管44内を流通する排気Eの熱により気体成分fと液体成分F’とに分離することできる。
FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the fuel component separation means 14 in the gasoline engine. The fuel component separation means 14 includes a
上記のような燃料気化器42を有する燃料成分分離手段14においては、燃料タンク11に貯留されている使用燃料(ガソリン)Fは燃料弁50を介して入口42aから供給され、排気熱で気化された気体成分(例えば、ノルマルブタンおよび/またはイソペンタン)fは流出口42cから流路52を流通して冷却手段54で液化され始動用燃料タンク12へ貯留される。また、気化されずに残留した液体成分(例えば、トルエン)F’は流出口42bに接続する流路56により燃料タンク11へ環流し使用燃料Fとして貯留される。なお、ECU28は温度測定器56と燃料弁50とに接続されており、温度想定器58で検出される排気Eの温度情報により燃料弁50に開閉指示する。
In the fuel component separation means 14 having the
図3にディーゼルエンジンにおける燃料成分分離手段14の概略構成を示す。軽油を燃料とするディーゼルエンジンにおいても上記と同様の図4に示す燃料気化器を用いることができる。しかし、軽油の場合には、低温始動時に有効な高セタン価成分であるノルマルデカンの沸点は174℃(発火点:210℃)であるが、セタン価の低いエチルベンゼンの沸点は136℃(発火点:432℃)である。このため、燃料気化器で分溜すると沸点は低いが発火点の高いエチルベンゼンが低温で気化してくる。このため、図3に示すように、気体成分(エチルベンゼン)fを冷却して燃料タンク11へ環流させ、液体成分(ノルマルデカン)F’を始動用燃料タンク12へ送給して貯留する。
FIG. 3 shows a schematic configuration of the fuel component separation means 14 in the diesel engine. In the diesel engine using light oil as a fuel, the same fuel vaporizer as shown in FIG. 4 can be used. However, in the case of diesel oil, the boiling point of normal decane, which is a high cetane number component effective at low temperature starting, is 174 ° C. (ignition point: 210 ° C.), whereas the boiling point of ethylbenzene having a low cetane number is 136 ° C. (ignition point). : 432 ° C.). For this reason, when fractionating with a fuel vaporizer, ethylbenzene having a low boiling point but a high ignition point is vaporized at a low temperature. Therefore, as shown in FIG. 3, the gas component (ethylbenzene) f is cooled and circulated to the
図5には、燃料気化器42で使用燃料を気化分離する動作のフローチャートを示す。
FIG. 5 shows a flowchart of the operation of vaporizing and separating the used fuel by the
まず、ステップS11で運転者がキー24を回転してスイッチをONする。ECU28は排気管中の排気ガスの温度を測定し(ステップS12)、その温度情報により使用燃料Fを燃料気化器42へ供給するか否かを判断する(ステップS13)。例えば、ガソリンエンジンでは排気ガス温度が50℃以下の場合には使用燃料Fを燃料気化器42へ供給し(ステップS14)、50℃を越えている場合には燃料供給をしない(ステップS18)と定義しておく。すなわち、排気ガス温度が50℃以下の場合には燃料弁50は「開」、50℃を越えている場合には燃料弁50は「閉」とする。
First, in step S11, the driver rotates the
ECU28は排気ガス温度が50℃未満と判断したら(ステップS13でYES)電磁弁などを備える燃料弁50に開動作を指令し、燃料Fを燃料気化器42へ供給する(ステップS14)。燃料気化器42は排気熱で加熱されているので、低沸点成分は気化し、その他の成分は液体状態で残留する(ステップS15)。
If the
気化成分fは燃料気化器42の流出口42cから気体状態で流出するので流路52に介装されている冷却手段54によって冷却して液化する(ステップS16)。冷却手段54は気化成分の蒸留特性により選択すればよく、空冷または水冷のいずれでもよい。液化した気化成分fは重力またはポンプなど適宜の方法で燃料タンク11または始動用燃料タンク12へ送給して貯留する(ステップS17)。
Since the vaporized component f flows out from the
以上のように、本発明の燃料成分分離手段では、排気ガス温度が低温始動時に有効な成分とそれ以外の成分と分離する分溜温度以下の場合にのみ使用燃料を燃料気化器へ供給する。そして分離した低温始動時に有効な成分を始動用燃料として始動用燃料タンクに貯留しておくので、必要に応じて直ちに使用することができる。 As described above, in the fuel component separation means of the present invention, the used fuel is supplied to the fuel carburetor only when the exhaust gas temperature is equal to or lower than the fractionation temperature at which the effective component and the other components are separated when starting at a low temperature. The separated effective components at the time of low temperature starting are stored in the starting fuel tank as starting fuel, so that they can be used immediately as necessary.
なお、ディーゼルエンジンの場合には、ステップS13の判断温度を例えば150℃以下とすればエチルベンゼンを含まないノルマルデカンを主成分とする燃料を始動用燃料とすることができる。 In the case of a diesel engine, if the judgment temperature in step S13 is set to 150 ° C. or lower, for example, a fuel mainly composed of normal decane that does not contain ethylbenzene can be used as the starting fuel.
次に、上述の実施形態における燃料供給装置10の作動について図6のフローチャートに沿って説明する。
Next, the operation of the
まず、ステップS21で運転者がキー24を回転してスイッチをONする。ECU28は冷却水の水温を測定し(ステップS22)、その温度情報により低温始動か通常始動かを判断する(ステップS23)。例えば、水温が10℃未満の場合には低温始動、10℃以上の場合には通常始動と定義しておく。ECU28は水温が10℃未満と判断したら(ステップS23でYES)電磁弁などを備える燃料切替手段16に指令して始動燃料として始動用燃料タンク12側を選択する(ステップS24)。ECU28が燃料の供給を始動用燃料タンク12側に選択すると、ポンプ18は始動用燃料タンク12に貯留されている気化成分f(ディーゼルエンジンでは液体成分F’)を吸い上げて(ステップS25)インジェクタ20へ供給する(ステップS26)。
First, in step S21, the driver rotates the key 24 to turn on the switch. The
インジェクタ20からは気化成分f(またはF’)が始動用燃料として噴射されるので、ステップS27でエンジンAは正常に始動する。ステップS28では、ECU28はエンジンAが正常に始動したか否かを判定する。正常に始動したか否かはエンジン回転数はで判定することができる。この結果正常に始動できたと判定した場合には(ステップ28でYES)、ECU28はステップS29へ進み、燃料切替手段16で燃料タンク11側を選択して通常燃料Fを燃料ポンプ18を介してインジェクタ20へ供給する(ステップS30)。
Since the vaporized component f (or F ') is injected from the
なお、ステップ23で冷却水の温度が10℃以上であると判断した場合には、ECU28は燃料切替手段16の燃料タンク11側を選択して通常燃料Fを燃料ポンプ18を介してインジェクタ20へ供給する(ステップS30)。
If it is determined in step 23 that the temperature of the cooling water is 10 ° C. or higher, the
以上のように本発明の燃料供給装置によれば、ガソリンエンジンでは主として低沸点成分であるノルマルブタンおよび/またはイソペンタンを、また、ディーゼルエンジンでは、主として低発火点成分であるノルマルデカンを始動用燃料として用いることができる。従って、内燃機関の始動時、特に低温始動時に機関に生じる様々のトラブルを解消することができる。 As described above, according to the fuel supply apparatus of the present invention, normal butane and / or isopentane, which are low-boiling components, are mainly used in gasoline engines, and normal decane, which is mainly low ignition point components, are used as starting fuels in diesel engines. Can be used as Accordingly, various troubles occurring in the engine at the time of starting the internal combustion engine, particularly at a low temperature start can be solved.
また、本発明の燃料供給装置は、排気系に介装した燃料気化器で排気熱を利用して蒸留分離を行うので、成分分離効率が高くかつ省エネルギーである。 In addition, the fuel supply apparatus of the present invention performs distillation separation using exhaust heat with a fuel vaporizer interposed in an exhaust system, so that the component separation efficiency is high and energy saving.
本発明の燃料供給装置は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で変更してもよい。 The fuel supply device of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and may be changed without departing from the gist of the present invention.
例えば、上記の実施の形態では、ガソリンエンジンを直噴式として説明したが、従来のガソリンエンジンや過給式ガソリンエンジンでは切替手段燃料16通過後の燃料を吸気ポートをへ供給すればよい。
For example, in the above embodiment, the gasoline engine has been described as a direct injection type. However, in a conventional gasoline engine or a supercharged gasoline engine, the fuel after passing through the switching means
また、燃料気化器は図4に示す形状に限定されるものではなく、排気熱を利用して燃料を蒸留分離できるものであればよい。例えば、フィン部46の形状は、排気管の外周に螺旋状に立設してもよいし、また、各フィンに凹凸を設けてその表面積を拡大してもよい。
Further, the fuel vaporizer is not limited to the shape shown in FIG. 4, and any fuel vaporizer may be used as long as the fuel can be distilled and separated using the exhaust heat. For example, the
本発明は車両のガソリンエンジンやディーゼルエンジンの燃料供給装置として好適である。寒冷地における冬季のエンジン始動時には特に有効であり、本発明の燃料供給装置を用いることで、低温始動時におけるガソリンエンジンの高濃度炭化水素の排出や燃費の低下、あるいはディーゼルエンジンの着火遅れなどの不具合を解消することができる。 The present invention is suitable as a fuel supply device for a gasoline engine or a diesel engine of a vehicle. This is particularly effective when starting a winter engine in a cold region. By using the fuel supply device of the present invention, high-concentration hydrocarbons are discharged from a gasoline engine at the low-temperature start, fuel consumption is reduced, ignition delay of a diesel engine, etc. The problem can be solved.
11:燃料タンク 12:始動用燃料タンク 14:燃料成分分離手段 16:燃料切替手段 18:燃料ポンプ 20:インジェクタ 28:ECU 42:燃料気化器 44:排気管 46:フィン部 48:殻体 50:燃料弁 54:冷却手段 58:温度測定器
A:エンジン E:排気ガス F:使用燃料 F’:液体成分(高発火点成分または高沸点成分) f:気化成分(低発火点成分または低沸点成分)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11: Fuel tank 12: Fuel tank for starting 14: Fuel component separation means 16: Fuel switching means 18: Fuel pump 20: Injector 28: ECU 42: Fuel vaporizer 44: Exhaust pipe 46: Fin part 48: Shell 50: Fuel valve 54: Cooling means 58: Temperature measuring device A: Engine E: Exhaust gas F: Fuel used F ': Liquid component (high ignition point component or high boiling point component) f: Vaporization component (low ignition point component or low boiling point component) )
Claims (8)
前記燃料中の低発火点成分または低沸点成分を蒸留分離する燃料成分分離手段と、 前記内燃機関に供給する前記燃料を選択的に切り替える燃料切替手段とを備え、
前記内燃機関の低温始動時に前記低発火点成分または低沸点成分を燃料として供給することを特徴とする燃料供給装置。 A fuel supply device for supplying fuel to an internal combustion engine,
Fuel component separation means for distilling and separating low ignition point components or low boiling point components in the fuel, and fuel switching means for selectively switching the fuel supplied to the internal combustion engine,
A fuel supply apparatus that supplies the low ignition point component or the low boiling point component as fuel when the internal combustion engine is started at a low temperature.
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