JP2011122542A - Ｄｍｅエンジンのｅｇｒ装置、及び、ｅｇｒガス冷却方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 燃料としてＤＭＥ（ジメチルエーテル）を用いるＤＭＥエンジンにおいて、ＥＧＲガスに対する冷却性能を向上する。
【解決手段】 燃料タンク８内の燃料（ＤＭＥ）の一部を、冷媒として、フィードポンプ１０により燃料クーラ１１を介してＥＧＲクーラ７に供給する。ＥＧＲクーラ７では、ＤＭＥがＥＧＲガスの熱により気化され、その気化熱によりＥＧＲガスの温度を低下させる。ＥＧＲクーラ７を出たＤＭＥは、再液化コンプレッサ１２により圧縮して再液化し、燃料クーラ１３を経て、燃料タンク８に戻す。
【選択図】 図１

Description

本発明は、炭素と炭素を酸素がつないだエーテル結合が特徴のＤＭＥ（ジメチルエーテル；Di Methyl Ether ）を燃料として用いるＤＭＥエンジンのＥＧＲ装置、及び、ＥＧＲガス冷却方法に関する。

近年、高セタン価で無煙燃焼するＤＭＥが環境に優しいクリーンエネルギーとして注目されており、特にＥＧＲ（排気ガス再循環）や触媒により低ＮＯｘを実現し得て将来の厳しい排気規制を満足できるという観点から、ディーゼルエンジンの軽油の代替燃料として実用化が期待されている。

一方、ＥＧＲ装置については、ＥＧＲ通路に、エンジン冷却水を冷媒とするＥＧＲクーラを設けて、ＥＧＲガスを冷却することで、筒内の温度を下げて効果的にＮＯｘを低減し、かつ体積効率を高くする方法がとられている（特許文献１参照）。

特開２００７−０５１５６６号公報

しかしながら、ＤＭＥエンジンであっても、将来の厳しい排気規制の強化によりＥＧＲ量が増加する傾向にあり、そのため、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラの容量を大きくしたり、ＥＧＲクーラでのエンジン冷却水の受熱量の増加に伴ってラジエータの容量を大きくする必要がある。しかし、これらの方策は、エンジンや車両のレイアウトの制約を受け、実現困難である。

本発明は、このような実状に鑑み、ＤＭＥエンジンの特徴を活かして、ＥＧＲクーラの冷却性能の向上を図ることを課題とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、エンジン用燃料（ＤＭＥ）をＥＧＲガス冷却用の冷媒として用い、ＥＧＲクーラが、エンジン用燃料（ＤＭＥ）との熱交換によってＥＧＲガスを冷却するように構成する。

従って、本発明に係るＤＭＥエンジンのＥＧＲ装置は、排気通路から排気の一部をＥＧＲガスとして取出して吸気通路に再循環するＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路に設けられ、冷媒との熱交換によってＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラと、燃料タンク内の燃料の一部を前記冷媒として前記ＥＧＲクーラへ循環させる冷媒用燃料循環通路と、を含んで構成される。

また、本発明に係るＤＭＥエンジンのＥＧＲガス冷却方法は、燃料であるＤＭＥをＥＧＲガス冷却用の冷媒として用い、ＤＭＥの気化熱によってＥＧＲガスを冷却することを特徴とする。

本発明によれば、エンジン用燃料であるＤＭＥをＥＧＲクーラでのＥＧＲガス冷却用冷媒として用いることで、ＥＧＲクーラにてＤＭＥがＥＧＲガスの熱により気化され、そのときの気化熱によってＥＧＲガスの温度を低下させることができる。従って、ＥＧＲクーラやラジエータの容量を大きくすることなく、ＥＧＲガスに対する冷却性能を高めることができる。

本発明の一実施形態を示すＤＭＥエンジンのＥＧＲ装置の基本構成図 ＤＭＥエンジンの燃料系統と組合わせた具体的実施形態を示す構成図

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。

図１は本発明の一実施形態を示すＤＭＥエンジンのＥＧＲ装置の基本構成図である。

エンジン１は、燃料としてＤＭＥ（ジメチルエーテル）を用いるディーゼルエンジンであり、エアクリーナ２から吸気通路３を介して筒内に吸入される空気中に燃料が噴射されて、筒内で圧縮着火により燃焼し、排気は排気通路４に排出される。

このエンジン１には、ＥＧＲ装置が備えられる。ＥＧＲ装置は、排気通路４から排気の一部をＥＧＲガスとして取出して吸気通路３に再循環するＥＧＲ通路５と、ＥＧＲ通路５に介装されてＥＧＲ量を制御するＥＧＲバルブ６と、ＥＧＲ通路５のＥＧＲバルブ６上流（又は下流）でＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ７と、を含んで構成される。

ここで、このＥＧＲクーラ７は、エンジン冷却水を冷媒として用いる従来のものとは異なり、エンジン用燃料（ＤＭＥ）を冷媒として用い、燃料との熱交換によって、特に低沸点のＤＭＥが気化熱を奪うことによって、ＥＧＲガスを冷却するように構成されている。

従って、ＥＧＲ装置は、燃料タンク８内の燃料の一部を冷媒としてＥＧＲクーラ７へ循環させる冷媒用燃料循環通路９（９Ｓ、９Ｒ）を更に含んで構成される。

冷媒用燃料循環通路９は、燃料タンク８からＥＧＲクーラ７への往路（供給通路）９Ｓと、ＥＧＲクーラ７から燃料タンク８への復路（戻り通路）９Ｒとからなり、往路９Ｓにフィードポンプ１０と燃料クーラ１１とを備え、復路９Ｒに再液化コンプレッサ１２と燃料クーラ１３とを備えている。

フィードポンプ１０は、燃料タンク８内の燃料を吸入・吐出して送給する。燃料クーラ１１は、空冷式で、ＥＧＲクーラ７に向かう燃料を冷却する。再液化コンプレッサ１２は、ＥＧＲクーラ７にて気化した燃料を圧縮することで再液化して送給する。燃料クーラ１３は、空冷式で、燃料タンク８に戻る燃料を冷却する。尚、燃料クーラ１１、１３については、空冷式としたが、水冷式であってもよい。

次に作用を説明する。

燃料タンク８からフィードポンプ１０により液体状態で取出されたＤＭＥは、空冷式（又は水冷式）の燃料クーラ１１により冷却された後、ＥＧＲクーラ７に送られる。ＥＧＲクーラ７では、ＤＭＥがＥＧＲガスの熱により気化され、そのときの気化熱によりＥＧＲガスの温度を低下させる。従って、ＥＧＲガスに対する冷却性能を大幅に向上させることができる。これにより、大量のＥＧＲが可能となり、燃費の悪化を抑えつつ、規制物質の１つであるＮＯｘを低減することができる。

ＥＧＲクーラ７から出たＤＭＥは、再液化コンプレッサ１２により加圧されることで、再び液化する。そして、空冷式（又は水冷式）の燃料クーラ１３により冷却された後、燃料タンク８へ戻る。

図２はＤＭＥエンジンの燃料系統と組合わせた具体的実施形態を示す構成図である。

本実施形態は、冷媒用燃料循環通路として、燃料タンク内の燃料をエンジンに供給し、余剰燃料を燃料タンクへ戻す既存の燃料系通路の一部を共用するようにしたもので、図１で説明したフィードポンプ１０、燃料クーラ１１、再液化コンプレッサ１２、燃料クーラ１３は、燃料系通路に備えられる既存のものを共用している。

先ず、既存の燃料系通路（燃料供給通路２０Ｓ及び燃料戻り通路２０Ｒ）について説明する。尚、この例では、燃料タンク８は２つ設けられている（８ａ、８ｂ）。

燃料タンク内の燃料をエンジン（燃料噴射ポンプ）に供給する燃料供給通路２０Ｓにおいては、２つの燃料タンク８ａ、８ｂ内の燃料が、フィードポンプ１０ａ、１０ｂによってタンク底部から吸入・吐出され、燃料は合流した後、燃料クーラ１１、メインラインバルブ２１、燃料フィルタ２２を経て、燃料噴射ポンプ２３に供給される。燃料噴射ポンプ２３に供給された燃料は、ここで加圧された後、気筒毎に、デリバリバルブ２４からインジェクタ２５に供給され、インジェクタ２５によって筒内に直接噴射される。

余剰燃料を燃料タンクに戻す燃料戻り通路２０Ｒにおいては、燃料噴射ポンプ２３からの余剰燃料が、メインライン差圧弁２６、燃料クーラ１３を経た後、分流して、燃料タンク８ａ、８ｂの上部へ戻される。

また、エンジン停止時にパージタンクバルブ２７が開き、燃料噴射ポンプ２３内の燃料蒸気（パージガス）がパージタンク２８に貯留されるが、パージタンク２８の出口側は再液化コンプレッサ１２の吸入側に接続されている。ブローバイガス取出口２９からの配管も再液化コンプレッサ１２の吸入側に接続されている。

再液化コンプレッサ１２は、パージタンク２８からのパージガス、及び、ブローバイガス取出口２９からのブローバイガスを圧縮して、再液化するもので、その出口側は燃料戻り通路２０Ｒのメインライン差圧弁２６下流に接続されている。従って、パージガス及びブローバイガスは、再液化コンプレッサ１２により圧縮されて再液化し、燃料クーラ１３を経て、燃料タンク８ａ、８ｂへ戻される。

次に、既存の燃料系通路に付設されるＥＧＲクーラ７への冷媒用燃料循環通路について説明する。

冷媒用燃料循環通路は、燃料タンク８ａ、８ｂ内の燃料をエンジンに供給する燃料供給通路２０Ｓの途中から分岐して、ＥＧＲクーラ７への往路９Ｓをなし、ＥＧＲクーラ７からの帰路９Ｒは、余剰燃料を燃料タンク８ａ、８ｂへ戻す燃料戻り通路２０Ｒの途中に合流するようにしている。

詳しくは、燃料供給通路２０Ｓの途中、具体的には燃料フィルタ２２下流から、ＥＧＲクーラ７へ向かう冷媒用燃料循環通路の往路９Ｓを分岐させ、ＥＧＲクーラ７からの冷媒用循環通路の復路９Ｒは、燃料戻り通路２０Ｒの途中、具体的には再液化コンプレッサ１２の吸入口に接続している。

従って、燃料タンク８ａ、８ｂ内の燃料は、フィードポンプ１０ａ、１０ｂにより吸入・吐出されて、燃料クーラ１１、メインラインバルブ２１、燃料フィルタ２２を通過した後、一部が、ＥＧＲクーラ７に供給される。ＥＧＲクーラ７では、燃料であるＤＭＥがＥＧＲガスの熱により気化され、そのときの気化熱によりＥＧＲガスの温度を低下させる。従って、ＥＧＲガスに対する冷却性能を大幅に向上させることができる。

ＥＧＲクーラ７から出たＤＭＥは、再液化コンプレッサ１２へ向かい、ここで加圧されて、再び液化する。そして、燃料クーラ１３により冷却された後、燃料タンク８ａ、８ｂへ戻る。

このように、燃料系通路の一部を共用することで、既存のフィードポンプ１０ａ、１０ｂ、燃料クーラ１１、１３及び再液化コンプレッサ１２をそのまま利用できる。従って、コスト、レイアウト面で極めて有利となる。

本実施形態によれば、冷媒用燃料循環通路は、燃料タンク内の燃料をエンジンに供給し、余剰燃料を燃料タンクへ戻す燃料系通路の途中から分岐して、ＥＧＲクーラ７への往路９Ｓをなし、ＥＧＲクーラ７からの帰路９Ｒは前記燃料系通路の前記分岐部より下流側へ合流することにより、燃料系通路の一部を共用することで、既存の部品を有効に利用でき、コスト、レイアウト面で効果がある。

尚、本実施形態では、冷媒用燃料循環通路は、燃料タンク８ａ、８ｂ内の燃料をエンジンに供給する燃料供給通路２０Ｓの途中から分岐して、ＥＧＲクーラ７への往路９Ｓをなし、ＥＧＲクーラ７からの帰路９Ｒは、余剰燃料を燃料タンク８ａ、８ｂへ戻す燃料戻り通路２０Ｒの途中に合流するようにしているが、冷媒用燃料循環通路は、余剰燃料を燃料タンク８ａ、８ｂへ戻す燃料戻り通路２０Ｒの途中から分岐して、ＥＧＲクーラ７への往路９Ｓをなし、ＥＧＲクーラ７からの帰路９Ｒは、前記燃料戻り通路２０Ｒの前記分岐部より下流側へ合流するようにしてもよい。

また、本実施形態によれば、冷媒用燃料循環通路は、ＥＧＲクーラ７から燃料タンク８（８ａ、８ｂ）への帰路９Ｒに、冷媒用燃料を再液化する再液化コンプレッサ１２を備えることにより、冷媒用燃料の気化熱によるＥＧＲガスの冷却を確実なものとすることができる。

しかも、本実施形態によれば、前記再液化コンプレッサ１２は、燃料タンク内の燃料をエンジンに供給し、余剰燃料を燃料タンクへ戻す燃料系通路に設けられ、パージガス又はブローバイガスの少なくとも一方を再液化して燃料タンクに送る再液化コンプレッサを兼ねることにより、言い換えれば、冷媒用燃料の再液化コンプレッサ１２としてＤＭＥエンジンに既存のエンジン用燃料の再液化コンプレッサを用いることにより、新たにコンプレッサを設ける必要がなく、配管も簡素になるため、コスト、レイアウト面で効果がある。

また、本実施形態によれば、冷媒用燃料循環通路は、燃料タンク８（８ａ、８ｂ）からＥＧＲクーラ７への往路９Ｓ又はＥＧＲクーラ７から燃料タンク８（８ａ、８ｂ）への帰路９Ｒの少なくとも一方に、燃料を冷却する燃料クーラ１１、１３を備えることにより、ＥＧＲガスに対する冷却効果等をより確実なものとすることができる。

しかも、本実施形態によれば、前記燃料クーラ１１、１３は、燃料タンク内の燃料をエンジンに供給し、余剰燃料を燃料タンクへ戻す燃料系通路に設けられ、エンジン用燃料を冷却する燃料クーラを兼ねることにより、言い換えれば、冷媒用燃料の燃料クーラとしてＤＭＥエンジンに既存のエンジン用燃料の燃料クーラを用いることにより、新たに燃料クーラを設ける必要がなく、配管も簡素になるため、コスト、レイアウト面で効果がある。

尚、以上に本発明の実施形態を図面に基づいて説明したが、図示の実施形態はあくまで本発明を例示するものであり、本発明は、説明した実施形態により直接的に示されるものに加え、特許請求の範囲内で当業者によりなされる各種の改良・変更を包含するものであることは言うまでもない。

１ エンジン
２ エアクリーナ
３ 吸気通路
４ 排気通路
５ ＥＧＲ通路
６ ＥＧＲバルブ
７ ＥＧＲクーラ
８（８ａ、８ｂ） 燃料タンク
９ 冷媒用燃料循環通路
９Ｓ 往路（供給通路）
９Ｒ 復路（戻り通路）
１０（１０ａ、１０ｂ） フィードポンプ
１１ 燃料クーラ
１２ 再液化コンプレッサ
１３ 燃料クーラ
２０Ｓ 燃料供給通路
２０Ｒ 燃料戻り通路
２１ メインラインバルブ
２２ 燃料フィルタ
２３ 燃料噴射ポンプ
２４ デリバリバルブ
２５ インジェクタ
２６ メインライン差圧弁
２７ パージタンクバルブ
２８ パージタンク
２９ ブローバイガス取出口

Claims (7)

1. 燃料としてＤＭＥを用いるＤＭＥエンジンであって、
   排気通路から排気の一部をＥＧＲガスとして取出して吸気通路に再循環するＥＧＲ通路と、
   前記ＥＧＲ通路に設けられ、冷媒との熱交換によってＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラと、
   燃料タンク内の燃料の一部を前記冷媒として前記ＥＧＲクーラへ循環させる冷媒用燃料循環通路と、
   を含んで構成されることを特徴とする、ＤＭＥエンジンのＥＧＲ装置。
2. 前記冷媒用燃料循環通路は、燃料タンク内の燃料をエンジンに供給し、余剰燃料を燃料タンクへ戻す燃料系通路の途中から分岐して、ＥＧＲクーラへの往路をなし、ＥＧＲクーラからの帰路は前記燃料系通路の前記分岐部より下流側へ合流することを特徴とする請求項１記載のＤＭＥエンジンのＥＧＲ装置。
3. 前記冷媒用燃料循環通路は、ＥＧＲクーラから燃料タンクへの帰路に、冷媒用燃料を再液化する再液化コンプレッサを備えることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のＤＭＥエンジンのＥＧＲ装置。
4. 前記再液化コンプレッサは、燃料タンク内の燃料をエンジンに供給し、余剰燃料を燃料タンクへ戻す燃料系通路に設けられ、パージガス又はブローバイガスの少なくとも一方を再液化して燃料タンクに送る再液化コンプレッサを兼ねることを特徴とする請求項３記載のＤＭＥエンジンのＥＧＲ装置。
5. 前記冷媒用燃料循環通路は、燃料タンクからＥＧＲクーラへの往路又はＥＧＲクーラから燃料タンクへの帰路の少なくとも一方に、燃料を冷却する燃料クーラを備えることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載のＤＭＥエンジンのＥＧＲ装置。
6. 前記燃料クーラは、燃料タンク内の燃料をエンジンに供給し、余剰燃料を燃料タンクへ戻す燃料系通路に設けられ、エンジン用燃料を冷却する燃料クーラを兼ねることを特徴とする請求項５記載のＤＭＥエンジンのＥＧＲ装置。
7. 燃料としてＤＭＥを用いるＤＭＥエンジンにおいて、排気通路から取出されて吸気通路に再循環されるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲガス冷却方法であって、
   前記ＤＭＥをＥＧＲガス冷却用の冷媒として用い、前記ＤＭＥの気化熱によってＥＧＲガスを冷却することを特徴とする、ＤＭＥエンジンのＥＧＲガス冷却方法。

Images