JP2010163909A - On-vehicle fuel separation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車載用燃料分離装置に関する。 The present invention relates to an on-vehicle fuel separator.
原料として供給される燃料(すなわち原料燃料)を分離して、原料燃料とは性状の異なる燃料を生成する燃料分離装置が知られている。このような燃料分離装置としては、例えば、燃料中の高オクタン価成分を選択的に透過させる分離膜を備えたものがある(例えば、特許文献1)。この燃料分離装置では、分離膜の一方の側に原料燃料よりもオクタン価の高い高オクタン価燃料が生成され、分離膜の他方の側には原料燃料よりもオクタン価の低い低オクタン価燃料が生成される。 2. Description of the Related Art There is known a fuel separation device that separates fuel supplied as a raw material (that is, raw material fuel) and generates a fuel having properties different from those of the raw material fuel. As such a fuel separation device, for example, there is a device equipped with a separation membrane that selectively permeates a high octane component in the fuel (for example, Patent Document 1). In this fuel separator, a high octane fuel having a higher octane number than that of the raw material fuel is generated on one side of the separation membrane, and a low octane fuel having a lower octane number than that of the raw material fuel is generated on the other side of the separation membrane.
特に、特許文献1に記載の燃料分離装置では、分離膜に供給する原料燃料を熱交換器により昇温することにより、燃料中に含まれる高オクタン価成分の量のうち分離膜を透過する高オクタン価成分の量の割合を増大させている。これにより、燃料分離装置における原料燃料の分離効率を高めることができる。 In particular, in the fuel separation device described in Patent Document 1, by heating the raw material fuel supplied to the separation membrane with a heat exchanger, the high octane number that permeates the separation membrane out of the amount of the high octane component contained in the fuel. Increasing the proportion of the amount of ingredients. Thereby, the separation efficiency of the raw material fuel in the fuel separator can be increased.
ところで、上述したように、燃料分離装置では、原料燃料の分離効率を高めるために、分離膜に供給される原料燃料を昇温する必要がある。このため、多くの場合、燃料分離装置には原料燃料を加熱するための燃料加熱装置、特に熱交換器が設けられる。 By the way, as described above, in the fuel separator, it is necessary to raise the temperature of the raw material fuel supplied to the separation membrane in order to increase the separation efficiency of the raw material fuel. For this reason, in many cases, the fuel separator is provided with a fuel heating device, particularly a heat exchanger, for heating the raw material fuel.
ここで、内燃機関が停止されると通常内燃機関への燃料の供給は停止せしめられる。内燃機関への燃料の供給が停止されると、燃料供給通路内の燃料はそのままその位置に残る。従って、内燃機関の停止時に熱交換器内にあった燃料は、そのまま熱交換器内に残ることになる。 Here, when the internal combustion engine is stopped, the supply of fuel to the internal combustion engine is normally stopped. When the supply of fuel to the internal combustion engine is stopped, the fuel in the fuel supply passage remains at that position. Therefore, the fuel that was in the heat exchanger when the internal combustion engine was stopped remains in the heat exchanger as it is.
ところが、一般に、熱交換器は内燃機関の停止後も一定期間に亘って熱交換器内の原料燃料に熱を供給することになる。このため、内燃機関の停止後に熱交換器内に残っている燃料は過剰に加熱されてしまう場合がある。このように燃料が過剰に加熱されてしまうと、燃料の変質や、燃料供給通路内での気泡の発生による燃料の循環効率低下等が発生する場合がある。 However, in general, the heat exchanger supplies heat to the raw material fuel in the heat exchanger for a certain period even after the internal combustion engine is stopped. For this reason, the fuel remaining in the heat exchanger after the internal combustion engine is stopped may be excessively heated. If the fuel is excessively heated in this manner, the fuel may be deteriorated or the circulation efficiency of the fuel may be reduced due to the generation of bubbles in the fuel supply passage.
そこで、本発明の目的は、内燃機関の運転停止時であっても燃料加熱装置によって燃料が過剰に加熱されてしまうことが防止される燃料供給装置を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a fuel supply device that prevents the fuel from being excessively heated by the fuel heating device even when the operation of the internal combustion engine is stopped.
上記課題を解決するために、第1の発明では、燃料を加熱する燃料加熱装置と、燃料タンク内の燃料を該燃料加熱装置へと送る燃料ポンプと、上記燃料加熱装置から燃料を燃料噴射弁へと送る燃料流通路とを具備する、内燃機関の燃料供給装置において、上記内燃機関の運転停止時には、上記燃料ポンプを逆回転させることにより上記燃料加熱装置内の燃料を強制的に燃料タンク内へと戻すようにした。 In order to solve the above problems, in the first invention, a fuel heating device that heats fuel, a fuel pump that sends fuel in a fuel tank to the fuel heating device, and a fuel injection valve that sends fuel from the fuel heating device In the fuel supply device for an internal combustion engine, comprising the fuel flow passage for feeding to the fuel tank, when the operation of the internal combustion engine is stopped, the fuel pump is forcibly rotated to reversely rotate the fuel in the fuel heating device. Returned to
第2の発明では、第1の発明において、上記燃料流通路と燃料タンクとに連通するバイパス通路を更に具備し、該バイパス通路には燃料タンクから燃料流通路への流体の流れは許可するが燃料流通路から燃料タンクへの流体の流れは禁止する逆止弁が設けられる。 According to a second invention, in the first invention, a bypass passage communicating with the fuel flow passage and the fuel tank is further provided, and fluid flow from the fuel tank to the fuel flow passage is permitted in the bypass passage. A check valve is provided to prohibit the flow of fluid from the fuel flow passage to the fuel tank.
第3の発明では、第1の発明において、上記燃料流通路と燃料タンクとに連通するバイパス通路を更に具備し、該バイパス通路には開閉弁が設けられ、該開閉弁は内燃機関の運転停止時に開弁される。 According to a third invention, in the first invention, a bypass passage communicating with the fuel flow passage and the fuel tank is further provided, and an on-off valve is provided in the bypass passage, and the on-off valve stops the operation of the internal combustion engine. Sometimes it is opened.
第4の発明では、第3の発明において、上記開閉弁は燃料加熱装置内の燃料の温度が基準温度以上となったときにも開弁され、上記燃料ポンプは、上記内燃機関の運転停止時に加えて燃料加熱装置内の燃料の温度が基準温度以上となったときにも上記開閉弁が開弁された後に、逆回転されて上記燃料加熱装置内の燃料を強制的に燃料タンク内へと戻す。 According to a fourth invention, in the third invention, the on-off valve is opened even when the temperature of the fuel in the fuel heating device becomes equal to or higher than a reference temperature, and the fuel pump is operated when the operation of the internal combustion engine is stopped. In addition, even when the temperature of the fuel in the fuel heating device becomes equal to or higher than the reference temperature, after the opening / closing valve is opened, the fuel in the fuel heating device is forced into the fuel tank by reverse rotation. return.
第5の発明では、第1〜第4のいずれか一つの発明において、上記燃料加熱装置は内燃機関における混合気の燃焼によって生じた熱を利用した熱交換器である。 In a fifth invention, in any one of the first to fourth inventions, the fuel heating device is a heat exchanger using heat generated by combustion of an air-fuel mixture in an internal combustion engine.
第6の発明では、第1〜第4のいずれか一つの発明において、上記燃料加熱装置は電力により発生した熱を利用して燃料を加熱する。 In a sixth invention, in any one of the first to fourth inventions, the fuel heating device heats fuel using heat generated by electric power.
第7の発明では、第1〜第6のいずれか一つの発明において、上記燃料加熱装置によって加熱された原料燃料を複数種の燃料に分離する分離器をさらに具備し、上記複数種の燃料は、原料燃料よりもオクタン価の高い高オクタン価燃料と原料燃料よりもオクタン価の低い低オクタン価燃料とを含む。 According to a seventh invention, in any one of the first to sixth inventions, the apparatus further comprises a separator for separating the raw material fuel heated by the fuel heating device into a plurality of types of fuel, And a high octane fuel having a higher octane number than that of the raw material fuel and a low octane fuel having a lower octane number than that of the raw material fuel.
本発明によれば、内燃機関の運転停止時には燃料ポンプを逆回転することによって燃料加熱装置から燃料が強制的に排出されるため、燃料加熱装置により燃料が過剰に加熱されることが防止される。 According to the present invention, when the operation of the internal combustion engine is stopped, the fuel is forcibly discharged from the fuel heating device by reversely rotating the fuel pump, so that the fuel is prevented from being excessively heated by the fuel heating device. .
以下、図面を参照して本発明の実施形態の燃料供給装置について詳細に説明する。図1に本発明の燃料供給装置の搭載される火花点火式内燃機関の側面断面図を示す。 Hereinafter, a fuel supply device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a side sectional view of a spark ignition type internal combustion engine on which the fuel supply device of the present invention is mounted.
図1を参照すると、1は機関本体、2はシリンダブロック、3はシリンダヘッド、4はピストン、5は燃焼室、6は燃焼室5の頂面中央部に配置された点火プラグ、7は吸気弁、8は吸気ポート、9は排気弁、10は排気ポートをそれぞれ示す。シリンダヘッド4のシリンダ内壁面周辺部には燃焼室5内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁(以下、「筒内噴射用燃料噴射弁」という)11aが配置される。吸気ポート8は吸気枝管12を介してサージタンク13に連結され、各吸気枝管12にはそれぞれ対応する吸気ポート8内に向けて燃料を噴射するための燃料噴射弁(以下、「ポート噴射用燃料噴射弁」という)11bが配置される。
Referring to FIG. 1, 1 is an engine body, 2 is a cylinder block, 3 is a cylinder head, 4 is a piston, 5 is a combustion chamber, 6 is a spark plug disposed at the center of the top surface of the combustion chamber 5, and 7 is intake air. 8 is an intake port, 9 is an exhaust valve, and 10 is an exhaust port. A fuel injection valve (hereinafter referred to as “in-cylinder injection fuel injection valve”) 11 a that directly injects fuel into the combustion chamber 5 is disposed around the cylinder inner wall surface of the cylinder head 4. The
サージタンク13は吸気ダクト14を介してエアクリーナ15に連結され、吸気ダクト14内にはアクチュエータ16によって駆動されるスロットル弁17とエアフロメータ18とが配置される。一方、排気ポート10は排気マニホルド19を介して排気浄化触媒(例えば三元触媒)を内蔵した触媒コンバータ20に連結される。触媒コンバータ20は排気管21に連結される。
The
燃料噴射弁11a、11bは燃料供給装置24に接続される。また、排気マニホルド19又は排気管21には排気マニホルド19又は排気管21内を流れる排気ガスから熱を回収して加熱対象へと伝熱する排気熱回収装置25が設けられる。
The
次に、本実施形態の燃料供給装置24の構成について図2を参照して説明する。図2は燃料供給装置の概略構成を模式的に示す図である。
Next, the configuration of the
図2に示した燃料供給装置24は、原料燃料タンク23、燃料分離装置50、高オクタン価燃料用タンク51と低オクタン価燃料用タンク52とを具備する。原料燃料タンク23には原料燃料(例えば、通常の(市販の)ガソリン)が供給され、貯留されている。原料燃料タンク23に貯留されている燃料は燃料分離装置50により、原料燃料よりもオクタン価の高い高オクタン価燃料と、原料燃料よりもオクタン価の低い低オクタン価燃料とに分離され、分離された燃料はそれぞれ高オクタン価燃料用タンク51と低オクタン価燃料用タンク52とに貯留される。
The
高オクタン価燃料用タンク51内の高オクタン価燃料は、フィードポンプ53によりポート噴射用燃料噴射弁11bに供給され、各気筒の吸気ポート8に噴射される。一方、低オクタン価燃料用タンク52内の低オクタン価燃料は、フィードポンプ54により筒内噴射用燃料噴射弁11aに供給され、各気筒の燃焼室5内に直接噴射される。
The high-octane fuel in the high-octane fuel tank 51 is supplied to the port injection
このように、本実施形態では、低オクタン価燃料用と高オクタン価燃料用に互いに独立した燃料噴射弁11a、11bを使用しているため、機関運転状態に応じて低オクタン価燃料と高オクタン価燃料との一方を選択的に、或いは両方を所定の比率で同時に機関本体1の各気筒の燃焼室5に供給することが可能となっている。
Thus, in this embodiment, since the
次に、図2を参照して本実施形態の燃料分離装置50について簡単に説明する。燃料分離装置50は、熱交換器(燃料加熱装置)56、分離膜を用いた分離ユニット57、気液分離器58等を具備する。
Next, the
分離ユニット57は、耐熱容器からなるハウジング57aをアロマ分離膜57bで2つの区画57c、57dに区分した構成とされている。アロマ分離膜57bとしては、ガソリン中の芳香族成分を選択的に透過させる性質を有するものが使用される。すなわち、アロマ分離膜57bでは、原料燃料を一方の側(例えば、区画57c側、すなわち低オクタン価燃料側)に比較的高い圧力で供給し、もう一方の側(例えば、区画57d側、すなわち高オクタン価燃料側)を比較的低圧に保持すると、主に原料燃料中の芳香族成分が分離膜57bを透過して分離膜57bの低圧側(区画57d側、すなわち高オクタン価側)の表面に浸出して低圧側に面した分離膜57b表面を覆うようになる。
The
この低圧側の分離膜57bの表面を覆う液状の浸出燃料を除去することにより、高圧区画57c側から低圧区画57d側に連続的に分離膜57bを通して芳香族成分の浸出が生じるようになる。本実施形態では、低圧側(区画57d側)の圧力を浸出した芳香族成分の蒸気圧よりも低い圧力に維持することにより、低圧側の分離膜57b表面を覆う芳香族成分を多く含む浸出燃料を蒸発させて連続的に表面から除去し、燃料蒸気の形で回収するようにしている。
By removing the liquid leached fuel that covers the surface of the low-pressure side separation membrane 57b, aromatic components are leached from the high-
分離ユニット57の低圧側区画57dから回収された燃料蒸気は、気液分離器58に送られて、そこで冷却される。これにより、比較的沸点の高い芳香族成分は液化し、気液分離器58の下部には芳香族成分を多く含む液体の高オクタン価燃料が生成される。このようにして生成された高オクタン価燃料は、高オクタン価燃料用タンク51に供給される。
The fuel vapor recovered from the low pressure side section 57d of the
一方、分離ユニット57の高圧側区画57cに残った燃料は、芳香族成分の一部が除去されて高オクタン価成分含有量が少なくなっている。従って、分離ユニット57の高圧側区画57c内には芳香族成分の含有量の少ない低オクタン価燃料が生成される。このようにして生成された低オクタン価燃料は、低オクタン価燃料用タンク52に供給される。
On the other hand, the fuel remaining in the high
ここで、分離膜57bの分離効率はこの分離膜57bの作動条件によって大きく変化する。従って、分離膜57bによる分離効率を高いものとするためには、分離膜57bの作動条件を適切に制御する必要がある。このような分離膜57bの分離効率に影響する作動条件として、分離膜57bに供給される原料燃料の温度が挙げられる。 Here, the separation efficiency of the separation membrane 57b varies greatly depending on the operating conditions of the separation membrane 57b. Therefore, in order to increase the separation efficiency by the separation membrane 57b, it is necessary to appropriately control the operating conditions of the separation membrane 57b. An operating condition that affects the separation efficiency of the separation membrane 57b includes the temperature of the raw material fuel supplied to the separation membrane 57b.
原料燃料中の芳香族成分の量のうち分離膜57bを透過するものの割合(透過率)は、大気温からある温度に到達するまでは原料燃料の温度上昇に応じて増大する。この或る温度は分離膜57bの低圧側(区画57d)の温度が或る下限温度に到達する温度である。この下限温度は分離膜57b低圧側の圧力の関数であり、例えば低圧側の圧力が5kPaで353°K(80°C)程度になる。 The ratio (permeability) of the aromatic component in the raw material fuel that permeates the separation membrane 57b increases as the temperature of the raw material fuel increases until the temperature reaches a certain temperature from the atmospheric temperature. This certain temperature is a temperature at which the temperature on the low pressure side (section 57d) of the separation membrane 57b reaches a certain lower limit temperature. This lower limit temperature is a function of the pressure on the low pressure side of the separation membrane 57b. For example, the pressure on the low pressure side is about 353 ° K (80 ° C.) at 5 kPa.
一方、低圧側での温度が上記下限温度を超えて上昇を続けると、透過率は或る温度以上では低下するようになる。すなわち、低圧側での温度を維持すべき最適温度範囲が存在し、この最適温度範囲は、例えば低圧側圧力が5〜20kPaの範囲で348K〜398K(約75°C〜125°C)程度となる。 On the other hand, if the temperature on the low pressure side continues to rise above the lower limit temperature, the transmittance will decrease above a certain temperature. That is, there exists an optimum temperature range in which the temperature on the low pressure side should be maintained, and this optimum temperature range is, for example, about 348 K to 398 K (about 75 ° C. to 125 ° C.) when the low pressure side pressure is in the range of 5 to 20 kPa. Become.
従って、分離膜57bによる分離効率を最大にするためには、分離膜57bの低圧側温度が上記最適温度範囲になるように原料燃料の温度を維持する必要がある。このため、本実施形態では、原料燃料を分離ユニット57に供給する前に熱交換器56を用いて原料燃料を加熱して、分離膜57bによる分離効率が最も高くなるような温度に維持するようにしている。
Therefore, in order to maximize the separation efficiency of the separation membrane 57b, it is necessary to maintain the temperature of the raw material fuel so that the low-pressure side temperature of the separation membrane 57b is in the optimum temperature range. For this reason, in this embodiment, before supplying the raw material fuel to the
なお、本発明の実施形態では、熱交換器56として排気ガスから熱を回収すると共にこの回収した熱を加熱対象(本実施形態では原料燃料)へと伝熱する排気熱回収装置25が利用される。しかしながら、熱交換器56は機関本体や冷却水と原料燃料との間で熱交換を行う熱交換器等、他の構成であってもよい。或いは、原料燃料を加熱する燃料加熱装置であれば、熱交換器でなくてもよく、例えば電気ヒータ(すなわち、電力により発生した熱を利用して原料燃料を加熱する装置)等を用いることも可能である。
In the embodiment of the present invention, an exhaust
また、上述した燃料供給装置24の構成は一つの例である。熱交換器を必要とする燃料分離装置が設けられれば、如何なる構成の燃料供給装置24が用いられても良い。従って、例えば、原料燃料を高オクタン価燃料と低オクタン価燃料に分離するのに上記分離ユニット57とは異なる分離器を用いても良い。
The configuration of the
次に、図3を参照して、本発明の第一実施形態の燃料供給装置24の構成についてより詳細に説明する。図3は、図2中のAで囲まれた部分を詳細に示す概念図である。
Next, with reference to FIG. 3, the structure of the
図3に示したように、原料燃料タンク23内の燃料ポンプ60は上流側燃料流通管(上流側燃料流通路)61を介して熱交換器56に接続される。熱交換器56は下流側燃料流通管(下流側燃料流通路)62を介してレギュレータ63に接続される。レギュレータ63は、図2に示したように分離ユニット57の高圧区画57cに接続される。燃料ポンプ60は、順回転させると原料燃料タンク23内の燃料を熱交換器56に向かって吐出し、逆回転させると熱交換器56内の燃料を原料燃料タンク23内へと吸引する。
As shown in FIG. 3, the
上流側燃料流通管62からは熱交換器56をバイパスするためのバイパス管(バイパス通路)64が分岐しており、このバイパス管64は原料燃料タンク23に連通せしめられる。このバイパス管64の原料燃料タンク23側の端部は原料燃料タンク23の上部に配置される。従って、バイパス管64は原料燃料タンク23の気相部分に連通せしめられる。
A bypass pipe (bypass passage) 64 for bypassing the
下流側燃料流通管62には、バイパス管64の接続部の下流側において逆止弁65が設けられる。この逆止弁65は、熱交換器56からレギュレータ63に向かって燃料が流れるのは許可するが、レギュレータ63から熱交換器56に向かって燃料が流れるのを禁止する。
The downstream
また、バイパス管64にも逆止弁66が設けられる。この逆止弁66は、原料燃料タンク23から下流側燃料流通管62に向かって燃料が流れるのは許可するが、下流側燃料流通管62から原料燃料タンク23に向かって燃料が流れるのを禁止する。
The
また、上流側燃料流通管61からは分岐管(分岐通路)67が分岐しており、この分岐管67にはレギュレータ68が設けられる。従って、上流側燃料流通管61内を流れる燃料の圧力はレギュレータ68によってほぼ一定圧力に維持される。
A branch pipe (branch passage) 67 branches off from the upstream
次に、このように構成された燃料供給装置24における燃料の流れについて説明する。図4は通常運転時における燃料の流れを示す図である。図中の矢印は燃料の流れを示している。
Next, the flow of fuel in the
通常運転時には、燃料ポンプ60は順回転せしめられる。従って、図4に矢印で示したように、燃料ポンプ60によって圧力の高められた原料燃料は、上流側燃料流通管61を通って熱交換器56へ流入する。その後、原料燃料は、熱交換器56から逆止弁65及びレギュレータ63を通って分離ユニット57に流入することになる。特に、逆止弁65は熱交換器56側からレギュレータ63側へ燃料が流れるのを許可するため、逆止弁65によっては下流側燃料流通管61内の燃料の流れは阻止されない。原料燃料は熱交換器56を通過する際に適切な温度にまで加熱される。このため、分離ユニット57に流入する原料燃料の温度は最適温度範囲内の温度となっている。
During normal operation, the
なお、燃料ポンプ60を順回転させることにより下流側燃料流通管62内の圧力が高くなると、下流側燃料流通管62内の圧力が原料燃料タンク23の気相部分の圧力よりも高くなり、これによりバイパス管64の両側で圧力差が発生し、下流側燃料流通管62から原料燃料タンク23へ向かって燃料が流れようとする。しかしながら、逆止弁66は下流側燃料流通管62から原料燃料タンク23へ向かってバイパス通路64内を燃料が流れることを禁止するため、バイパス通路64を通って燃料が流れることはない。
When the pressure in the downstream
ところで、内燃機関の運転停止時には、内燃機関の運転を停止した直後に熱交換器56内の燃料が過剰に加熱されていなくても、その後或る程度の時間が経過してから熱交換器56内の燃料が過剰に加熱されてしまうことが多い。
By the way, when the operation of the internal combustion engine is stopped, even if the fuel in the
すなわち、内燃機関の運転が停止されると、燃料噴射弁11a、11bへの燃料の供給が停止される。このため、熱交換器56内を流れる燃料の流量もほぼゼロとされる。従って、熱交換器56内には燃料が滞留することになる。一方、熱交換器56では内燃機関の運転が停止されても直ぐに燃料への熱の供給が停止されるわけではなく、熱交換器56に残る余熱等によって燃料へ熱が供給され続けることになる。このため、内燃機関の運転が停止された後にも熱交換器56内に滞留している燃料へ熱が供給され続けて、熱交換器56内の燃料が過剰に加熱されてしまうことになる。
That is, when the operation of the internal combustion engine is stopped, the supply of fuel to the
熱交換器56において燃料が過剰に加熱されてしまうと、燃料の変質や、気泡発生による燃料の循環効率の低下が発生する場合がある。斯かる問題が発生すると、内燃機関における燃焼状態の悪化を招いてしまう。
If the fuel is excessively heated in the
そこで、本発明の実施形態では、内燃機関の運転停止時には、燃料ポンプ60を逆回転させることにより熱交換器56内の燃料を強制的に熱交換器56から原料燃料タンク23内へと戻すようにしている。
Therefore, in the embodiment of the present invention, when the operation of the internal combustion engine is stopped, the fuel in the
図5は、内燃機関の運転停止時における燃料の流れを示す図である。内燃機関の運転停止時には、燃料ポンプ60が逆回転せしめられる。これにより、逆止弁65よりも熱交換器56側(すなわち上流側)における下流側燃料流通管62、熱交換器56及び上流側燃料流通管61内の燃料が原料燃料タンク23内へと吸引せしめられ、原料燃料タンク23内へと戻される。ただし、逆止弁65の存在により逆止弁65よりもレギュレータ63側(すなわち下流側)における下流側燃料流通管62内の燃料は逆止弁65を通って熱交換器56側へと流れるのが禁止され、よって原料燃料タンク23内へは吸引されない。
FIG. 5 is a diagram showing the flow of fuel when the operation of the internal combustion engine is stopped. When the operation of the internal combustion engine is stopped, the
一方、燃料ポンプ60を逆回転させることにより下流側燃料流通管62内に負圧が発生すると、下流側燃料流通管62内の圧力が原料燃料タンク23内の圧力よりも低くなり、これによりバイパス管64の両側で圧力差が発生し、原料燃料タンク23から下流側燃料流通管62へ向かって流体が流れようとする。逆止弁66は原料燃料タンク23から下流側燃料流通管62へ向かってバイパス通路64内を燃料が流れることを許可するため、バイパス通路64を通って流体が流れる。ここで、バイパス管64の端部は原料燃料タンク23の気相部分に連通されているため、原料燃料タンク23内の気体がバイパス通路64を通って流れることになる。
On the other hand, when negative pressure is generated in the downstream
このように、燃料ポンプ60を逆回転させると上流側燃料流通管61、熱交換器56、下流側燃料流通管62、バイパス管64により循環経路が形成され、この循環経路からは熱交換器56等内に存在していた燃料が原料燃料タンクに流出せしめられると共に、この循環経路には原料燃料タンク23から気体が流入せしめられる。従って、やがてはこの循環経路内は気体で充満されることになり、熱交換器56内の燃料はほぼ完全に排除され、よって熱交換器56によりそれ以上燃料が加熱されてしまうことが防止される。このように本発明の燃料供給装置24では、内燃機関の運転停止時に、燃料ポンプ60を逆回転させることにより熱交換器56内の燃料を強制的に熱交換器から原料燃料タンク23内へと戻すことで、熱交換器56において燃料が過剰に加熱されることが防止される。燃料ポンプ60の逆回転は燃料ポンプ60の逆回転を開始してから所定時間経過後、熱交換器56内に残留する燃料が完全に無くなってから又はほぼ無くなってから停止せしめられる。
Thus, when the
ここで、熱交換器56等内の燃料を吸引するために、燃料ポンプ60の他に小型のポンプ等を設けることも考えられる。これに対して上記実施形態によれば、燃料ポンプ60を逆回転することによって熱交換器56等内の燃料が吸引され、この燃料ポンプ60の吸引力は小型のポンプ等に比べて大きい。従って、迅速且つ効率的に燃料を熱交換器56内から除去することができる。
Here, in order to suck the fuel in the
また、燃料ポンプ60の他に小型のポンプ等を設ける場合、小型のポンプ自体の他にこの小型のポンプ用の配管や弁等を設けなければならない。これに対して上記実施形態によれば、燃料の圧送用の燃料ポンプ60以外に新たにポンプ等を設ける必要がなく、よって部品点数を抑えることができる。
When a small pump or the like is provided in addition to the
さらに、熱交換器56内の燃料を原料燃料タンク23へと吸引する際に、バイパス管64を介して原料燃料タンク23の気相部分の気体が熱交換器56等に流入しないと、熱交換器56等内に生じる負圧が大きくなり過ぎて熱交換器56自体や配管が破損してしまう可能性がある。これに対して上記実施形態によれば、熱交換器56内の燃料を原料燃料タンク23へと吸引する際に、バイパス管64を介して原料燃料タンク23の気相部分の気体が熱交換器56等に流入するため、燃料ポンプ60によって熱交換器56等内に生じる負圧が大きくなり過ぎることが防止される。
Further, when the fuel in the
次に、図6を参照して、本発明の第二実施形態の燃料供給装置24’の構成について詳細に説明する。図6は、図3と同様に図2中のAで囲まれた部分を示す概念図である。図6において、図3に示した第一実施形態の燃料供給装置24と同様な構成要素については同じ参照番号を付している。
Next, the configuration of the
図6に示したように、第二実施形態の燃料供給装置24’の構成は基本的に図3に示した第一実施形態の燃料供給装置24の構成と同様である。ただし、第一実施形態の燃料供給装置24ではバイパス通路64に逆止弁66が設けられていたのに対して、第二実施形態の燃料供給装置24’ではバイパス通路64に二方弁70が設けられている。
As shown in FIG. 6, the configuration of the fuel supply device 24 'of the second embodiment is basically the same as the configuration of the
次に、このように構成された燃料供給装置24’における燃料の流れについて説明する。図7は通常運転時における燃料の流れを示す図である。図中の矢印は燃料の流れを示している。
Next, the fuel flow in the
通常運転時には、燃料ポンプ60は順回転せしめられる。従って、図7に矢印で示したように、燃料ポンプ60によって圧力の高められた原料燃料は、上流側燃料流通管61、熱交換器56、下流側燃料流通管62、レギュレータ63の順に流れて分離ユニット57に流入することになる。原料燃料は熱交換器56を通過する際に適切な温度にまで加熱される。このため、分離ユニット57に流入する原料燃料の温度は最適温度範囲内の温度となっている。
During normal operation, the
また、本実施形態では、内燃機関の運転停止時には、熱交換器56内での燃料の過剰な加熱を抑制すべく、燃料ポンプ60を逆回転させて熱交換器56内の燃料を強制的に熱交換器56から原料燃料タンク23内へ戻すと共に、二方弁70を開弁するようにしている。
In the present embodiment, when the operation of the internal combustion engine is stopped, the
図8は、内燃機関の運転停止時における燃料の流れを示す図である。内燃機関の運転停止時には燃料ポンプ60が逆回転されるため、逆止弁65よりも熱交換器56側における下流側燃料流通管62、熱交換器56及び上流側燃料流通管61内の燃料が原料燃料タンク23内へと吸引せしめられ、原料燃料タンク23内へと戻される。
FIG. 8 is a diagram showing the flow of fuel when the operation of the internal combustion engine is stopped. When the operation of the internal combustion engine is stopped, the
また、内燃機関の運転停止時には二方弁70が開弁される。燃料ポンプ60を逆回転させることにより下流側燃料流通管62内には負圧が発生しており、よって下流側燃料流通管62内の圧力が原料燃料タンク23の気相部分の圧力よりも低くなり、よって原料燃料タンク23内の気体が下流側燃料流通管62へ向かって流れるようになる。
Further, the two-
従って、本実施形態においても、図5に示した場合と同様に、内燃機関の運転停止時には上流側燃料流通管61、熱交換器56、下流側燃料流通管62、バイパス管64により循環経路が形成され、やがて熱交換器56内の燃料がほぼ完全に排除される。燃料ポンプ60の逆回転は燃料ポンプ60の逆回転を開始してから所定時間経過後、熱交換器56内に残留する燃料が完全に無くなってから又はほぼ無くなってから停止せしめられる。これと同時に、二方弁70も閉弁せしめられる。
Therefore, also in this embodiment, as in the case shown in FIG. 5, when the operation of the internal combustion engine is stopped, the upstream
ところで、内燃機関の運転状態によっては燃料噴射弁11a、11bから噴射される燃料が少なく、よってこのような場合には上流側燃料流通管61、熱交換器56、下流側燃料流通管62を通って流れる燃料の流量も少ない。このような場合に、熱交換器56において燃料に供給される熱量が多いままだと、熱交換器56内の原料燃料が過剰に加熱されてしまうことになる。特に、内燃機関から排出された排気ガスの熱を利用して原料燃料の昇温を行う場合、熱交換器56において原料燃料に伝達される熱量は排気ガスの温度及び流量に応じて定まる。内燃機関から排出された排気ガスの温度が高く且つ流量が多いと原料燃料に伝達される熱量は多く、逆に斯かる排気ガスの温度が低く且つ流量が少ないと原料燃料に伝達される熱量は少ない。従って、原料燃料に伝達される熱量を最適に制御することは困難であり、原料燃料が過剰に加熱されるという事態が発生してしまう。
By the way, depending on the operation state of the internal combustion engine, the amount of fuel injected from the
そこで、本実施形態では、熱交換器56において原料燃料が過剰に加熱されている場合、或いは熱交換器56において原料燃料が過剰に加熱されると予想される場合には、熱交換器56内の原料燃料を強制的に排出するようにしている。
Therefore, in the present embodiment, when the raw material fuel is excessively heated in the
図9及び図8は、熱交換器56において原料燃料が過剰に加熱されていると判断された時、或いは熱交換器56において原料燃料が過剰に加熱されると予想された時(以下、「過剰加熱時」という)における燃料の流れを示す図である。
9 and 8 show that when it is determined that the raw material fuel is excessively heated in the
熱交換器56内の原料燃料の過剰加熱時には、まず、燃料ポンプ60の作動が停止せしめられると共に二方弁70が開弁せしめられる。このとき熱交換器56及び下流側燃料流通管62内の燃料の圧力は原料燃料タンク23内の圧力よりも高くなっている。従って、過剰に加熱された熱交換器56及び下流側燃料流通管62内の原料燃料は、図9に矢印で示したように、二方弁70を介して原料燃料タンク23内へと戻される。これにより、熱交換器56及び下流側燃料流通管62内の原料燃料の一部は原料燃料タンク23内へと戻されることになる。特に、過剰加熱時には熱交換器56及び下流側燃料流通管62内に気化した高圧の燃料が存在することになるが、この燃料の気体部分が原料燃料タンク23内の気相部分へと流れることになる。
When the raw material fuel in the
このように二方弁70を開弁することにより熱交換器56内の燃料が或る程度原料燃料タンク23内へと戻され、熱交換器56内の燃料圧力が或る程度低下せしめられると、次に燃料ポンプ60が逆回転せしめられる。従って、図8に矢印で示したように、逆止弁65よりも熱交換器56側における下流側燃料流通管62、熱交換器56及び上流側燃料流通管61内の燃料が原料燃料タンク23内へと吸引せしめられ、原料燃料タンク23内へと戻される。また、燃料ポンプ60が逆回転を開始しても二方弁70は開弁されたままに維持される。従って、図8に示したように、原料燃料タンク23内の気体が下流側燃料流通管62へ向かって流れるようになる。
When the two-
従って、本実施形態では、原料燃料の過剰加熱時においても、上流側燃料流通管61、熱交換器56、下流側燃料流通管62、バイパス管64により循環経路が形成され、やがて熱交換器56内の燃料がほぼ完全に排除される。燃料ポンプ60の逆回転は、熱交換器56等内に残留する燃料が完全に又はほぼ無くなったり、燃料噴射弁11a、11bから噴射される燃料が多くなって熱交換器56を通過する燃料の流量が多くなったり、熱交換器56に供給される熱量が少なくなったりすると、停止せしめられる。これと同時に、二方弁70も閉弁せしめられる。
Therefore, in the present embodiment, even when the raw material fuel is excessively heated, a circulation path is formed by the upstream
なお、本実施形態では、熱交換器56において原料燃料が過剰に加熱されているか否かは、熱交換器56内又は熱交換器56の下流側に設けられた温度センサ(図示せず)によって検出された燃料温度に基づいて判断される。例えば、温度センサによって検出された燃料温度が所定の基準温度よりも低い場合には、熱交換器56において原料燃料は過剰に加熱されていないと判断される。逆に、温度センサによって検出された燃料温度が所定の基準温度以上である場合には熱交換器56において原料燃料が過剰に加熱されていると判断され、上述したように熱交換器56から燃料が排出される。ここで、基準温度とは、例えば、それ以上燃料温度が上昇すると、燃料性状の悪化や気泡発生による原料燃料の循環効率低下等が発生する可能性があるような温度とされ、予め実験により又は計算により求められる。
In the present embodiment, whether the raw material fuel is excessively heated in the
或いは、熱交換器56において原料燃料が過剰に加熱されているか否か、又は熱交換器56において原料燃料が過剰に加熱されると予想されるか否かを、熱交換器56内を流れる原料燃料の流量及び熱交換器から原料燃料に加えられる熱量等に基づいて算出された燃料温度をもとに判断してもよい。この場合、熱交換器56から原料燃料に加えられる熱量は、熱交換器56として排気熱回収装置25を用いている場合、排気ガスの温度及び排気ガスの流量に基づいて算出することができる。
Alternatively, whether the raw material fuel is excessively heated in the
なお、上述した第一実施形態においても、原料燃料の過剰加熱時に燃料ポンプ60を逆回転させて熱交換器56等内の燃料を原料燃料タンク23内に戻すようにしてもよい。ただし、この場合、高温・高圧の原料燃料はバイパス管64を通って原料燃料タンク23内に戻ることができず、燃料ポンプ60を通って原料燃料タンク23内に戻ることになるため、燃料ポンプ60を耐久性の高いものにしておく必要がある。
In the first embodiment described above, the
1 機関本体
23 原料燃料タンク
24 燃料供給装置
25 排気熱回収装置
60 燃料ポンプ
61 上流側燃料供給管
62 下流側燃料供給管
63 レギュレータ
64 バイパス管
65、66 逆止弁
67 分岐管
68 レギュレータ
70 二方弁
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine
Claims (7)
上記内燃機関の運転停止時には、上記燃料ポンプを逆回転させることにより上記燃料加熱装置内の燃料を強制的に燃料タンク内へと戻すようにした、燃料供給装置。 An internal combustion engine comprising: a fuel heating device that heats fuel; a fuel pump that sends fuel in a fuel tank to the fuel heating device; and a fuel flow passage that sends fuel from the fuel heating device to a fuel injection valve. In the fuel supply device,
A fuel supply device configured to forcibly return the fuel in the fuel heating device into the fuel tank by reversely rotating the fuel pump when the operation of the internal combustion engine is stopped.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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2009
- 2009-01-13 JP JP2009005184A patent/JP2010163909A/en not_active Withdrawn
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