JP2015063935A - Fuel supply device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ディーゼルエンジンに燃料を供給する燃料供給装置に関するものである。 The present invention relates to a fuel supply device that supplies fuel to a diesel engine.
ディーゼル車の燃料供給装置は高度に進化しており、精密な制御による低燃費や排出ガスのクリーン化が実現している。このような精密な制御において、使用される燃料の健全性は重要な事項である。ディーゼルエンジンの燃料である軽油には18%前後でノルマルパラフィンが含有されており、ノルマルパラフィンの中でも重質なものは冬季や寒冷地などの低温環境下において結晶化し、ワックス(固形のパラフィン)が析出する場合がある。析出ワックスは、エンジンへ燃料を供給する燃料供給装置に設置されている燃料フィルタなどを閉塞させ、エンジンへの燃料供給を阻害し、エンジンの正常な運転を妨げる可能性がある。そこで、従来、析出ワックスの結晶サイズを抑制する添加剤を加えるといった対策が取られている。 Diesel vehicle fuel supply systems have advanced to a high degree, realizing low fuel consumption and clean exhaust gas through precise control. In such precise control, the soundness of the fuel used is an important matter. Diesel engine fuel oil contains about 18% normal paraffin, and heavier normal paraffin crystallizes in low temperature environments such as winter and cold regions, and wax (solid paraffin) is produced. It may precipitate. The precipitated wax may block a fuel filter or the like installed in a fuel supply device that supplies fuel to the engine, obstructing fuel supply to the engine, and hindering normal operation of the engine. Therefore, conventionally, a countermeasure such as adding an additive for suppressing the crystal size of the precipitated wax has been taken.
軽油のワックスによる低温流動性の指標としては、JIS−K2288に規定される軽油−目詰まり点試験方法(CFPP;Cold Filter Plugging Point)により規格化されている。このCFPP規格値は、結晶サイズに相関し、ディーゼル機関が問題なく運転出来るように決められたものである。他方、燃料供給装置における種々の対策も提案されている。 As an index of low-temperature fluidity by light oil wax, it is standardized by a light oil-clogging point test method (CFPP: Cold Filter Plugging Point) defined in JIS-K2288. This CFPP standard value correlates with the crystal size and is determined so that the diesel engine can be operated without any problem. On the other hand, various countermeasures in the fuel supply apparatus have been proposed.
特許文献1に記載された燃料供給装置は、燃料温度が低いためワックス析出の可能性がある場合に、燃料を加圧するポンプ及び該ポンプから燃料を供給されるエンジンの噴射ノズルからの余剰な燃料を燃料フィルタの上流側に還流させる弁を設けたものである。これにより、エンジン始動直後はポンプと噴射ノズルを通過して高温となった燃料が燃料フィルタの上流に供給されるため、ワックスによる燃料フィルタの閉塞が防止することができる。 In the fuel supply device described in Patent Document 1, when there is a possibility of wax precipitation due to a low fuel temperature, surplus fuel from a pump for pressurizing fuel and an injection nozzle of an engine to which fuel is supplied from the pump Is provided on the upstream side of the fuel filter. As a result, immediately after the engine is started, fuel that has passed through the pump and the injection nozzle and has reached a high temperature is supplied upstream of the fuel filter, so that the fuel filter can be prevented from being blocked by wax.
また、特許文献2においては、燃料を還流させる際に燃料温度が過度に高くなる事を防止するために燃料クーラーを設置することが提案されている。本文献によると、エンジンからの余剰燃料を燃料タンクへ戻す戻し管路と、この戻し管路に設けられた燃料クーラーと、一方側が前記戻し管路の前記燃料クーラーより前記エンジン側の部分に接続され、他方側が前記戻し管路の前記燃料クーラーより前記燃料タンク側の部分に接続されたバイパス管路と、前記戻し管路と前記バイパス管路の分岐位置に設けられ、燃料の温度に応じて前記余剰燃料を前記燃料クーラー側へ供給するか前記バイパス管路側へ供給するかを切り替える第1切替弁とを有するエンジンの燃料冷却装置が提案されている。 In Patent Document 2, it is proposed to install a fuel cooler in order to prevent the fuel temperature from becoming excessively high when the fuel is recirculated. According to this document, a return line for returning surplus fuel from the engine to the fuel tank, a fuel cooler provided in the return line, and one side connected to the engine side of the return line from the fuel cooler The other side is provided at a bypass line connected to the fuel tank side of the return line from the fuel cooler, and at a branch position of the return line and the bypass line, depending on the temperature of the fuel There has been proposed an engine fuel cooling device having a first switching valve that switches whether the surplus fuel is supplied to the fuel cooler side or the bypass pipe side.
これにより、例えば、燃料の温度が比較的高温となったら、第1切替弁を燃料クーラー側へ切り替えてエンジンからの余剰燃料を燃料クーラーに導き燃料の冷却を行う。一方、燃料の温度が比較的低温となったら第1切替弁をバイパス管路側へ切り替えて、エンジンからの余剰燃料を燃料クーラーを介することなく燃料タンクへ戻すようにすることが可能となる。従って、燃料低温時における過冷却の発生を防止でき、過冷却による燃料油中に含まれるワックス分の析出やエンジンへの燃料供給不足の発生を防止することができる。 Thereby, for example, when the temperature of the fuel becomes relatively high, the first switching valve is switched to the fuel cooler side, and surplus fuel from the engine is guided to the fuel cooler to cool the fuel. On the other hand, when the temperature of the fuel becomes relatively low, it is possible to switch the first switching valve to the bypass line side so that the surplus fuel from the engine is returned to the fuel tank without passing through the fuel cooler. Therefore, it is possible to prevent the occurrence of supercooling when the fuel is at a low temperature, and it is possible to prevent the precipitation of the wax contained in the fuel oil and the occurrence of insufficient fuel supply to the engine due to the supercooling.
また、特許文献3においては、燃料を貯蔵する燃料タンクと、燃料タンクからエンジンへ燃料を供給する供給路と、エンジンから燃料タンクへ燃料を還流する還流路と、エンジンの冷却ファンからの冷却風により還流路内を流通する燃料を冷却する燃料クーラーとを備える燃料供給装置が提案されている。これにより、供給路を介して燃料タンクからエンジンへ供給されながらエンジンでの燃焼に用いられずに余った燃料は、還流路を介して燃料タンクへ戻される際、燃料クーラーに流入し、エンジンにそなえられた冷却ファンを利用して冷却される。 In Patent Document 3, a fuel tank for storing fuel, a supply path for supplying fuel from the fuel tank to the engine, a return path for returning fuel from the engine to the fuel tank, and cooling air from the engine cooling fan are disclosed. Has proposed a fuel supply device including a fuel cooler for cooling the fuel flowing through the reflux path. As a result, surplus fuel that is supplied to the engine from the fuel tank via the supply path and is not used for combustion in the engine flows into the fuel cooler when returned to the fuel tank via the return path, and enters the engine. It is cooled using the provided cooling fan.
また、特許文献4においては、燃料タンクからの燃料をエンジンの燃料噴射装置に供給する供給管路と、前記燃料噴射装置からの余剰燃料を燃料クーラーで冷却して前記燃料タンクへ戻す戻し管路と、該戻し管路を流動する燃料を前記燃料クーラーの上流側の分岐部より下流側の合流部に燃料クーラーを迂回して流動させるバイパス路と、前記合流部を通過する燃料の温度に応じて前記戻し管路又は前記バイパス路のどちらか一方と前記燃料タンクとを連通させる流路切換え手段を備えた内燃機関の燃料供給装置が提案されている。 Further, in Patent Document 4, a supply line that supplies fuel from a fuel tank to a fuel injection device of an engine, and a return line that cools surplus fuel from the fuel injection device by a fuel cooler and returns the fuel to the fuel tank. Depending on the temperature of the fuel that passes through the junction, and a bypass path that causes the fuel flowing through the return pipe to flow around the fuel cooler by bypassing the fuel cooler to the downstream junction from the upstream branch of the fuel cooler There has been proposed a fuel supply device for an internal combustion engine provided with a flow path switching means for communicating either the return pipe line or the bypass path with the fuel tank.
これによれば、合流部を通過する燃料の温度、即ち燃料タンクに戻る実際の燃料温度に応じて戻し管路とバイパス路を切換えるため、燃料タンク内の燃料温度をより正確に制御することができる。 According to this, since the return pipe and the bypass are switched according to the temperature of the fuel passing through the junction, that is, the actual fuel temperature returning to the fuel tank, the fuel temperature in the fuel tank can be controlled more accurately. it can.
近年、CO2排出削減の観点から、燃焼によって発生したCO2排出量がカウントされない、いわゆるカーボンニュートラルであるバイオディーゼル燃料(BDF;Bio Diesel Fuel)の使用が社会的に要請されている。BDFには原料となる油脂からメチルエステル化などの化学処理を施して原料油脂からグリセリンを取り除くことにより得られる脂肪酸メチルエステルが含まれている。 In recent years, from the viewpoint of reducing CO 2 emissions, there is a social demand for the use of biodiesel fuel (BDF), which is a so-called carbon neutral, in which CO 2 emissions generated by combustion are not counted. BDF contains a fatty acid methyl ester obtained by subjecting a raw oil or fat to chemical treatment such as methyl esterification to remove glycerin from the raw oil or fat.
しかし、脂肪酸メチルエステル中には不純物が残存しており、その一つとしてトリグリセリドが知られている。トリグリセリドの性質は脂肪酸の性質によるが、例えば飽和脂肪酸であるステアリン酸から構成されるトリグリセリドは融点が72℃〜75℃と高い融点を有することが知られている。上述した運用方法はBDFを意識したものではないため、従来燃料を還流することによりワックス析出を防止できていたが、BDFの使用においては、従来の方法におけるワックスよりもより析出し易いトリグリセリドが燃料フィルタで目詰まりする懸念がある。 However, impurities remain in the fatty acid methyl ester, and triglyceride is known as one of them. The properties of triglycerides depend on the properties of fatty acids. For example, triglycerides composed of stearic acid, which is a saturated fatty acid, are known to have a high melting point of 72 ° C to 75 ° C. Since the operation method described above is not conscious of BDF, it has been possible to prevent wax precipitation by recirculating the conventional fuel. However, in the use of BDF, triglyceride that precipitates more easily than the wax in the conventional method is used as the fuel. There is a concern of clogging with filters.
上記説明はバイオディーゼル燃料の例に関するものであるが、一般的に燃料の性質に応じて、ディーゼルエンジンに供給する燃料の温度を適したものにする必要性が高まっている。 Although the above description relates to an example of biodiesel fuel, there is a growing need to make the temperature of fuel supplied to a diesel engine suitable for the nature of the fuel in general.
本発明は、燃料の性質に応じて、ディーゼルエンジンに供給する燃料の温度の最適化を図ることの可能な燃料供給装置を提供する。 The present invention provides a fuel supply device capable of optimizing the temperature of fuel supplied to a diesel engine according to the nature of the fuel.
本発明の燃料供給装置は、ディーゼルエンジンに燃料を供給する燃料供給装置であって、燃料を貯留する燃料タンクと、前記ディーゼルエンジンの燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射部と、前記燃料タンクと前記燃料噴射部とを接続し、前記燃料タンクから前記燃料噴射部へ燃料を供給する供給管路と、前記供給管路上に配置され、前記燃料タンクから供給された燃料中の不純物を除去する燃料フィルタと、少なくとも前記燃料噴射部と前記燃料フィルタとを接続し、前記燃料噴射部からの余剰燃料を前記燃料フィルタに戻す戻り管路と、前記戻り管路上に配置され、当該戻り管路を流れる燃料を冷却して前記燃料フィルタに戻す燃料クーラーと、前記戻り管路上における前記燃料噴射部と前記燃料クーラーとの間の位置に配置された流路切替部と、前記流路切替部と前記燃料フィルタとを接続するバイパス管路と、前記戻り管路を流れる燃料の温度を測定する温度センサーと、を備え、前記流路切替部は、前記温度センサーにより測定された燃料温度が60℃〜80℃の設定温度の範囲で、前記燃料噴射部から前記戻り管路を通って流れる余剰燃料の流路を切り替え、前記設定温度以上の場合、前記燃料クーラーを介して前記燃料フィルタへ燃料を戻し、前記設定温度以下の場合、前記バイパス管路を介して前記燃料フィルタへ燃料を戻す。 The fuel supply device of the present invention is a fuel supply device that supplies fuel to a diesel engine, a fuel tank that stores fuel, a fuel injection unit that injects fuel into a combustion chamber of the diesel engine, and the fuel tank; A fuel supply pipe connected to the fuel injection section to supply fuel from the fuel tank to the fuel injection section, and a fuel disposed on the supply pipe to remove impurities in the fuel supplied from the fuel tank A filter is connected to at least the fuel injection section and the fuel filter, and a return pipe that returns excess fuel from the fuel injection section to the fuel filter is disposed on the return pipe and flows through the return pipe. A fuel cooler that cools the fuel and returns it to the fuel filter, and a flow path switch disposed at a position between the fuel injection unit and the fuel cooler on the return pipe And a bypass pipe that connects the flow path switching unit and the fuel filter, and a temperature sensor that measures the temperature of the fuel flowing through the return pipe, and the flow path switching unit is controlled by the temperature sensor. When the measured fuel temperature is in the range of the set temperature of 60 ° C. to 80 ° C., the flow path of the surplus fuel flowing from the fuel injection section through the return pipe is switched. Then, the fuel is returned to the fuel filter, and when the temperature is equal to or lower than the set temperature, the fuel is returned to the fuel filter via the bypass pipe.
本発明の燃料供給装置の一実施態様として例えば、前記流路切替部から燃料の供給を受け、燃料中におけるバイオディーゼル燃料の濃度を判別する燃料センサーを更に備える。 As an embodiment of the fuel supply device of the present invention, for example, a fuel sensor is further provided that receives the supply of fuel from the flow path switching unit and determines the concentration of biodiesel fuel in the fuel.
本発明の燃料供給装置の一実施態様として例えば、前記燃料センサーが判別したバイオディーゼル燃料の濃度が所定の値以下である場合、前記流路切替部は、前記設定温度の範囲を60℃〜80℃からより低い温度の範囲に設定する。 As one embodiment of the fuel supply device of the present invention, for example, when the concentration of biodiesel fuel determined by the fuel sensor is equal to or lower than a predetermined value, the flow path switching unit sets the set temperature range from 60 ° C. to 80 ° C. Set in the range of ℃ to lower temperature.
本発明の燃料供給装置は、ディーゼルエンジンに燃料を供給する燃料供給装置であって、燃料を貯留する燃料タンクと、前記ディーゼルエンジンの燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射部と、前記燃料タンクと前記燃料噴射部とを接続し、前記燃料タンクから前記燃料噴射部へ燃料を供給する供給管路と、前記供給管路上に配置され、前記燃料タンクから供給された燃料中の不純物を除去する燃料フィルタと、少なくとも前記燃料噴射部と前記燃料フィルタとを接続し、前記燃料噴射部からの余剰燃料を前記燃料フィルタに戻す戻り管路と、前記戻り管路上に配置され、当該戻り管路を流れる燃料を冷却して前記燃料フィルタに戻す燃料クーラーと、前記戻り管路上における前記燃料噴射部と前記燃料クーラーとの間の位置に配置された流路切替部と、前記流路切替部と前記燃料フィルタとを接続するバイパス管路と、前記戻り管路を流れる燃料の温度を測定する温度センサーと、前記流路切替部から燃料の供給を受け、燃料中におけるバイオディーゼル燃料の濃度を判別する燃料センサーと、を備え、前記流路切替部は、前記燃料センサーが判別したバイオディーゼル燃料の濃度に応じて、前記燃料噴射部から前記戻り管路を通って流れる余剰燃料の流路を切り替える設定温度の範囲を変更する。 The fuel supply device of the present invention is a fuel supply device that supplies fuel to a diesel engine, a fuel tank that stores fuel, a fuel injection unit that injects fuel into a combustion chamber of the diesel engine, and the fuel tank; A fuel supply pipe connected to the fuel injection section to supply fuel from the fuel tank to the fuel injection section, and a fuel disposed on the supply pipe to remove impurities in the fuel supplied from the fuel tank A filter is connected to at least the fuel injection section and the fuel filter, and a return pipe that returns excess fuel from the fuel injection section to the fuel filter is disposed on the return pipe and flows through the return pipe. A fuel cooler that cools the fuel and returns it to the fuel filter, and a flow path switch disposed at a position between the fuel injection unit and the fuel cooler on the return pipe A bypass pipe that connects the flow path switching unit and the fuel filter, a temperature sensor that measures the temperature of the fuel that flows through the return pipe, and fuel supplied from the flow path switching unit. A fuel sensor for determining the concentration of biodiesel fuel in the fuel flow sensor, and the flow path switching unit passes through the return pipe from the fuel injection unit according to the biodiesel fuel concentration determined by the fuel sensor. The set temperature range for switching the flow path of the surplus fuel flowing is changed.
本発明の燃料供給装置の一実施態様として例えば、前記流路切替部は、前記濃度が所定の値以上の場合、所定の値以下の場合に比べて前記設定温度の範囲を上昇させる。 As one embodiment of the fuel supply device of the present invention, for example, the flow path switching unit raises the set temperature range when the concentration is equal to or higher than a predetermined value, compared to when the concentration is equal to or lower than the predetermined value.
本発明の燃料供給装置の一実施態様として例えば、前記流路切替部は、前記濃度が所定の値以上の場合、前記設定温度の範囲を60℃〜80℃に設定する。 As one embodiment of the fuel supply apparatus of the present invention, for example, the flow path switching unit sets the range of the set temperature to 60 ° C. to 80 ° C. when the concentration is equal to or higher than a predetermined value.
本発明によれば、バイオディーゼル燃料等、燃料の持つ性質に応じて、ディーゼルエンジンに供給する燃料の温度を最適化することが可能となり、燃料供給装置、ディーゼルエンジンの性能を高めると共に、長期にわたって安定的に性能を維持することが可能となる。 According to the present invention, it becomes possible to optimize the temperature of the fuel supplied to the diesel engine according to the properties of the fuel such as biodiesel fuel, improve the performance of the fuel supply device and the diesel engine, and improve the performance over a long period of time. The performance can be stably maintained.
本発明の実施形態を説明する前に、本発明の前提について説明する。 Before describing the embodiments of the present invention, the premise of the present invention will be described.
精密な制御を行うディーゼル車の燃料供給装置においては、使用される燃料の健全性は重要な事項となる。燃料の健全性を保つためには、燃料の熱劣化や燃料フィルタ閉塞物の溶解混入等を防止する必要がある。燃料の熱劣化は、燃料ポンプ、コモンレール、噴射ノズルからの戻り燃料がこれらの装置からの輻射熱を受けることより燃料温度が上昇することにより生ずる。燃料の熱劣化に対する対応としては、従来の装置構成において、燃料ポンプ、コモンレール、噴射ノズルと燃料タンクの間に燃料を冷却する燃料クーラーを設けることが考えられる(特許文献2、3参照)。しかしながら、燃料クーラーを単純に搭載した場合、燃料中にワックスが析出する低温環境下においては、燃料が低温にさらされるため、更にワックス結晶の析出を促進させ燃料フィルタの閉塞を引き起こす可能性が生ずる。 In the fuel supply device of a diesel vehicle that performs precise control, the soundness of the fuel used is an important matter. In order to maintain the soundness of the fuel, it is necessary to prevent the thermal deterioration of the fuel and the dissolution and mixing of the fuel filter blockage. The thermal deterioration of the fuel occurs when the fuel temperature rises due to the return fuel from the fuel pump, common rail, and injection nozzle receiving radiant heat from these devices. As countermeasures against thermal deterioration of the fuel, it is conceivable to provide a fuel cooler for cooling the fuel between the fuel pump, the common rail, the injection nozzle and the fuel tank in the conventional apparatus configuration (see Patent Documents 2 and 3). However, when the fuel cooler is simply installed, the fuel is exposed to a low temperature in a low-temperature environment where the wax is precipitated in the fuel, which may further promote the precipitation of wax crystals and cause the fuel filter to be clogged. .
燃料クーラーの過冷却で発生するワックス結晶の析出に起因するフィルタ閉塞は、低温環境下で起こるトラブルである。そこで、この対策として、図2の点線に示すように戻り燃料配管にバイパスラインを設け、戻り燃料が低温の場合、燃料クーラーを介さず、燃料を燃料タンクに還流するシステムが存在する(特許文献4)。このシステムは、燃料が過度に冷却されて燃料中に析出したワックス結晶を溶解することができない状態を防止することを目的としている。そこで、例えば特許文献4では、還流温度60℃を一種の閾値温度として、燃料が還流する流路を切り替えている。すなわち、燃料温度が60℃以下の場合、過度の冷却を防止するため、燃料は燃料クーラーを介さず燃料タンクに戻り、燃料温度が60℃以上の場合は熱劣化を防止する観点から、燃料は燃料クーラーを通り、燃料タンクへ戻る。 Filter clogging caused by the precipitation of wax crystals generated by supercooling of the fuel cooler is a trouble that occurs in a low temperature environment. Therefore, as a countermeasure, there is a system in which a bypass line is provided in the return fuel pipe as shown by a dotted line in FIG. 2 and when the return fuel is at a low temperature, the fuel is returned to the fuel tank without using a fuel cooler (Patent Document). 4). This system is intended to prevent a situation in which the fuel is excessively cooled and the wax crystals deposited in the fuel cannot be dissolved. Therefore, for example, in Patent Document 4, the flow path through which the fuel recirculates is switched using a recirculation temperature of 60 ° C. as a kind of threshold temperature. That is, in order to prevent excessive cooling when the fuel temperature is 60 ° C. or lower, the fuel returns to the fuel tank without passing through the fuel cooler, and from the viewpoint of preventing thermal degradation when the fuel temperature is 60 ° C. or higher, Go through the fuel cooler and return to the fuel tank.
従来の燃料では、上述した程度の温度で還流の条件設定をすることで問題の防止を図っていた。しかしながら、近年、ディーゼルエンジン用の軽油代替燃料として検討されているバイオディーゼル燃料を用いた場合、上述の装置ではトラブルが発生する懸念がある。 In the conventional fuel, the problem is prevented by setting the reflux condition at the above-described temperature. However, when biodiesel fuel, which has been studied as a light oil alternative fuel for diesel engines in recent years, is used, there is a concern that trouble may occur in the above-described apparatus.
バイオディーゼル燃料は、地球温暖化防止や循環型社会の構築等、環境意識が高まっているため、軽油代替燃料として検討されている燃料である。バイオディーゼル燃料は、おおよそ以下の(1)〜(3)のステップに従って生成される。 Biodiesel fuel is a fuel that is being investigated as an alternative to light oil because of increased environmental awareness, such as the prevention of global warming and the establishment of a recycling-oriented society. Biodiesel fuel is produced according to the following steps (1) to (3).
(1)菜種油、パーム油等の植物油や動物油等の油脂にメタノールと触媒を加えてエステル交換反応を生じさせ、これに酸を加えて中和させたうえで、脂肪酸メチルエステルとグリセリンに分離する。
(2)分離した脂肪酸メチルエステルを水洗処理して触媒を取り除く。
(3)さらに蒸留処理をすることでメタノールを除去する。
(1) Methanol and catalyst are added to vegetable oils such as rapeseed oil and palm oil, and animal oils to cause transesterification, which is then neutralized by adding acid, and then separated into fatty acid methyl esters and glycerin. .
(2) The separated fatty acid methyl ester is washed with water to remove the catalyst.
(3) Methanol is removed by further distillation.
脂肪酸メチルエステルを精製する工程で不純物を取り除く工程は存在するが、それでも原料として用いた油脂、特にトリグリセリドが未反応物質として残存する。トリグリセリドのような油脂は融点が非常に高く(例えばトリステアリンでは融点が72〜75℃)、従来の還流温度では、燃料フィルタに堆積するバイオディーゼル燃料の不純物(トリグリセリド)の溶解には至らず、燃料温度が高くなる時期に堆積した物質が一気に溶解し、噴射系のトラブルを起こす懸念が生ずる。この様に燃料の温度は、最新のディーゼルエンジンを長期間使用するためには、重要な事項であるが、十分な管理が依然としてなされていない。 Although there is a step of removing impurities in the step of purifying the fatty acid methyl ester, the fats and oils used as raw materials, particularly triglycerides, remain as unreacted substances. Oils and fats such as triglycerides have a very high melting point (for example, tristearin has a melting point of 72 to 75 ° C.), and conventional reflux temperatures do not lead to dissolution of biodiesel fuel impurities (triglycerides) deposited on the fuel filter, There is a concern that the material deposited at the time when the fuel temperature becomes high will dissolve at once and cause troubles in the injection system. As described above, the temperature of the fuel is an important matter for using the latest diesel engine for a long period of time, but has not been sufficiently managed.
上記の様な懸念事項を前提としつつ、発明者は鋭意検討を重ねることで新たな燃料供給装置を提供するに至った。 Based on the above-mentioned concerns, the inventor has conducted extensive studies and has provided a new fuel supply device.
図1は、本発明の一実施形態の燃料供給装置10を示すブロック図である。燃料供給装置10は、燃料タンク11と、燃料フィルタ12と、燃料ポンプ13と、コモンレール14と、噴射ノズル15と、バルブ16と、温度センサー17と、燃料クーラー18と、燃料センサー19とを備える。後述するように、各要素は供給管路P1、戻り管路P2、バイパス管路P3、燃料判別サブ管路P4を介して接続されている。
FIG. 1 is a block diagram showing a
燃料供給装置10は、エンジンに燃料を供給する装置であるが、本実施形態の装置は、いわゆるディーゼルエンジンにディーゼル燃料を供給するものである。ここでのディーゼル燃料は、上述したバイオディーゼル燃料をも含む。バイオディーゼル燃料は、一般的なディーゼル燃料に所定の濃度以上のバイオディーゼル燃料が配合されたものも含まれる。本実施形態において、燃料タンク11にディーゼル燃料またはバイオディーゼル燃料が貯留されている。燃料タンク11の構成、種類等は特に限定はされない。
The
燃料タンク11に供給管路P1を介して接続された燃料フィルタ12は、燃料中に含まれている夾雑物(不純物)を除去するフィルタである。一般的には、ディーゼル燃料がワックス析出温度以下の環境にさらされた場合、燃料タンク11や燃料フィルタ12で析出したワックスでフィルタが目詰まりし、エンジンが始動しないトラブルが発生する。エンジンが始動すればエンジンの輻射熱によりワックスが溶解するので、予めディーゼル燃料には低温流動性向上剤を加えることによりワックス結晶を微細化し、燃料の流動性を確保することによりエンジンが始動できるような対策が実施されている。
The
供給管路P1を介して燃料フィルタ12に接続された燃料ポンプ13は、燃料の圧力を高め、噴射圧力を高圧にする装置であって、高圧で燃料を噴射するための加圧器としての役割を担う。昨今の厳しい粒子状物質(PM)に関する排ガス規制に対応するためには、燃料を燃焼する際に不完全燃焼を抑制する必要がある。燃料の噴射圧力を高圧にすることにより、噴射後の燃料を微粒にすることとなり、燃料の粒が小さくなることで中心部の燃え残りがなくなり、不完全燃焼を抑制するとともに粒子状物質の発生を抑制することができる。
The
供給管路P1を介して燃料ポンプ13に接続されたコモンレール14は、燃料ポンプ13によって高圧化された燃料を蓄え、後述する噴射ノズル15へ均一に供給するシステムである。電子制御で燃料の噴射圧力、噴射時期、噴射期間(噴射量)等の噴射条件をきめ細かくコントロールし、理想的な燃焼を実現してNOx(窒素酸化物)の発生を抑制する。
The
供給管路P1を介してコモンレール14に接続された燃料噴射部としての噴射ノズル15は、矢印Aで示すように、図示せぬディーゼルエンジン内の燃焼室に高圧化された燃料を噴射する装置である。
An
流路切替部としてのバルブ16は、燃料ポンプ13、コモンレール14、噴射ノズル15の各々と戻り管路P2を介して接続されている。更にバルブ16は、戻り管路P2上における燃料ポンプ13、コモンレール14、噴射ノズル15の各々と、後述する燃料クーラー18との間の位置に配置されている。すなわち、燃料タンク11から供給された燃料の総てが、ディーゼルエンジン内の燃焼室に供給されるわけではなく、余剰燃料が発生する。したがって、燃料ポンプ13、コモンレール14、噴射ノズル15の各々にて消費されなかった余剰燃料が、戻り管路P2を介して、バルブ16に戻される。また、バルブ16は、バイパス管路P3を介して直接に燃料フィルタ12にも接続され、燃料判別サブ管路P4を介して、後述する燃料センサー19にも接続される。したがって、バルブ16は三方切替弁として機能するが、電磁弁、形状記憶合金、バイメタルなど種々のものを使用することができ、その種類は特に限定されない。
The
尚、本実施形態では、余剰燃料が燃料ポンプ13、コモンレール14、噴射ノズル15から戻されているが、これらの要素すべてから余剰燃料を戻す必要はなく、少なくとも噴射ノズル15にて発生した余剰燃料が、戻り管路P2を介して、バルブ16に戻される。
In this embodiment, surplus fuel is returned from the
温度センサー17は、戻り管路P2に設けられ、燃料ポンプ13、コモンレール14、噴射ノズル15から戻され、戻り管路P2を流れる燃料の温度を測定する。温度センサー17は、その構造上バルブ16と一体的に構成してもよく、その種類は特に限定はされず、戻り管路P2の任意の位置に配置できる。
The
戻り管路P2を介してバルブ16に接続された燃料クーラー18は、戻り管路P2を通って燃料ポンプ13、コモンレール14、噴射ノズル15から戻る燃料を冷却する装置である。燃料クーラー18は冷却ファン等を備えた空冷式の熱交換機などにより構成されるが、その種類は特に限定されない。燃料クーラー18で冷却された燃料は、戻り管路P2を介して、バイパス管路P3に合流し、再び燃料フィルタ12へ送られる。
The
燃料センサー19は、燃料判別サブ管路P4を介してバルブ16に接続されている。所定のタイミングにおいてバルブ16が開放され、戻り管路P2と燃料判別サブ管路P4が接続される。このタイミングにおいて、燃料ポンプ13、コモンレール14、噴射ノズル15から戻り管路P2を通って還流する燃料が、バルブ16、燃料判別サブ管路P4を介して燃料センサー19に供給される。燃料センサー19は、燃料中のバイオディーゼル燃料の濃度が所定の値以上であるか否かを判別する。
The
尚、図示の例では燃料センサー19は燃料判別サブ管路P4上に配置されているが、温度センサー17と同様に、戻り管路P2上の任意の位置に配置してバイオディーゼル燃料の濃度を判別してもよく、燃料センサー19の配置位置は特に限定されない。また、図示の例では燃料センサー19を通過した燃料は、燃料判別サブ管路P4を介して戻り管路P2に再び戻されているが、必ずしも戻り管路P2に戻す必要はない。
In the illustrated example, the
また、燃料センサー19によるバイオディーゼル燃料の濃度判別方法として、特定波長域内の光に対する混合燃料の光透過率を用いる方法(例えば特開2009−281733号公報参照)や、超音波センサーを用いる方法(例えば「超音波センサーを用いたバイオディーゼル混合軽油の濃度測定」、社団法人自動車技術会 学術講演会前刷集No.138−10参照)など種々の技術を利用することができるので、燃料センサー19の種類は特に限定はされない。
Further, as a method for determining the concentration of biodiesel fuel by the
燃料センサー19は、燃料中のバイオディーゼル燃料の濃度が所定の値以上であるか否かの判別に関しての信号をバルブ16に送信する(点線矢印線B参照)。バイオディーゼル燃料の濃度が所定の値以上の場合(例えば5質量%)、上述した様に、トリグリセリドの様に72℃〜75℃のような高い融点を有する成分が多く含まれることになる。
The
そして、バイオディーゼル燃料の濃度が所定の値以上の場合、バルブ16は、従来の切替温度よりも高い、例えば60℃〜80℃、好ましくは70℃〜80℃、より好ましくは75℃〜80℃の設定温度範囲で、流路切替動作を行う。すなわち、戻り管路P2を通って還流してきた余剰燃料の温度がこの温度範囲以下の場合(温度は温度センサー17にて測定)、バルブ16は戻り管路P2とバイパス管路P3とを接続する流路の切替・設定動作を行うことで、燃料フィルタ12へ燃料を戻す。一方、燃料の温度がこの温度範囲以上の場合、バルブ16は戻り管路P2上の燃料クーラー18への接続を維持する流路の切替・設定動作を行うことで、燃料クーラー18へ燃料を戻す。この燃料は更に燃料フィルタ12へ戻される。
And when the density | concentration of biodiesel fuel is more than predetermined value, the valve |
もし戻り管路P2、バイパス管路P3を通った余剰燃料を燃料タンク11へ戻すと、燃料タンク11と燃料フィルタ12との間で燃料温度が低下し、燃料中のワックスが析出し、燃料フィルタ12が詰る懸念がある。本実施形態では、一旦熱を受けた燃料を燃料フィルタ12に直接戻すので、このような懸念は生じにくい。また、燃料クーラー18を介して冷却された燃料であっても、燃料タンク11に貯蔵されている燃料に比較すると温度が高いため、燃料タンク11内の温度の上昇を防ぎ燃料の劣化を防ぐことを目的として、燃料クーラー18から燃料タンク11ではなく燃料フィルタ12へ直接燃料を戻す構成を採っている。
If the surplus fuel that has passed through the return line P2 and the bypass line P3 is returned to the
一方、バイオディーゼル燃料の濃度が所定の値以下の場合、バルブ16の切替動作の温度は60℃〜80℃といった高温である必要がないため、設定温度範囲を例えば40℃〜50℃の範囲に引き下げる。これにより燃料に無駄に熱を与えることを防ぐことができる。尚、使用する燃料がバイオディーゼル燃料であるか否か予め判明している場合、設定温度範囲を手動で切り替えられる構成としても良い。
On the other hand, when the concentration of the biodiesel fuel is equal to or lower than a predetermined value, the temperature of the switching operation of the
すなわち、本実施形態では、バルブ16が、燃料センサー19が判別したバイオディーゼル燃料の濃度に応じて、噴射ノズル15等から戻り管路P2を通って流れる余剰燃料の流路を切り替える設定温度の範囲を変更する。そして、この濃度が所定の値以上の場合、バルブ16は、所定の値以下の場合に比べて設定温度の範囲を上昇させる。
That is, in the present embodiment, the
本実施形態では、濃度が所定の値以上の場合、設定温度の範囲が60℃〜80℃に設定され、濃度が所定の値以下の場合、設定温度の範囲が40℃〜50℃に設定される。しかしながら、設定温度の範囲は、バイオディーゼル燃料の種類は燃料中の濃度に応じて、適宜最適なものを選択することができる。 In this embodiment, when the concentration is equal to or higher than a predetermined value, the set temperature range is set to 60 ° C. to 80 ° C., and when the concentration is equal to or lower than the predetermined value, the set temperature range is set to 40 ° C. to 50 ° C. The However, as the set temperature range, the optimum type of biodiesel fuel can be selected according to the concentration in the fuel.
本実施形態の燃料供給装置10には、脂肪酸アルキルエステルを含むバイオディーゼル燃料を使用することができる。もちろん、使用可能なバイオディーゼル燃料は特に限定されない。
A biodiesel fuel containing a fatty acid alkyl ester can be used for the
脂肪酸アルキルエステルは、動物油脂および植物油脂等を原料として生成される。例えば、本実施形態において使用する脂肪酸アルキルエステルは、トリグリセリドが主成分である動物油脂、植物油脂から、種々の反応と精製により得られる。しかしながら、牛脂、ラード、魚油に代表される動物油脂由来の脂肪酸アルキルエステルは、不飽和脂肪酸の量、特に不飽和結合数が2以上の多価不飽和脂肪酸の量が多い傾向があり、精製油の夾雑物が多い。このため、使用する脂肪酸アルキルエステルは、ココナツ、パームヤシ、オリーブ、ヒマワリ、ナタネ、大豆など、種々の植物を原料とする植物油脂が原料であることが好ましい。 Fatty acid alkyl esters are produced using animal oils and vegetable oils and the like as raw materials. For example, the fatty acid alkyl ester used in the present embodiment can be obtained from animal fats and vegetable fats and oils whose main component is triglyceride by various reactions and purifications. However, fatty acid alkyl esters derived from animal fats such as beef tallow, lard, and fish oil tend to have a large amount of unsaturated fatty acids, particularly polyunsaturated fatty acids having 2 or more unsaturated bonds. There are a lot of impurities. For this reason, it is preferable that the fatty acid alkyl ester to be used is made from vegetable oils and fats made from various plants such as coconut, palm palm, olive, sunflower, rapeseed, and soybean.
また、産業用や、食用などで使用された廃食用油を原料とした脂肪酸アルキルエステルについても、近年の研究の結果、反応法、精製法が精査されており、夾雑物の少ない脂肪酸アルキルエステルが生産されていることから、使用可能である。 In addition, with regard to fatty acid alkyl esters made from waste edible oil used for industrial and edible purposes, as a result of recent research, reaction methods and purification methods have been scrutinized. Since it is produced, it can be used.
反応方法および精製方法については、一般的なアルカリ金属を用いたアルカリ触媒法、有機酸などの酸触媒を用いた酸触媒法、リパーゼ酵素を用いたリパーゼ法などがあるが、用いられる脂肪酸アルキルエステルは、反応方法、精製方法の観点から特に限定はされない。 For the reaction method and purification method, there are a general alkali catalyst method using an alkali metal, an acid catalyst method using an acid catalyst such as an organic acid, a lipase method using a lipase enzyme, and the like. Is not particularly limited from the viewpoint of the reaction method and the purification method.
脂肪酸アルキルエステルのアルキル基は、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基などの、異性体を含む各種アルキル基である。 The alkyl group of the fatty acid alkyl ester is various alkyl groups including isomers such as a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, a pentyl group, and a hexyl group.
表1に、上記アルキル基が結合した脂肪酸アルキルエステルの代表例を示す。ただし、使用される脂肪酸アルキルエステルの種類は、下記代表例に限定されるものではない。 Table 1 shows representative examples of fatty acid alkyl esters to which the alkyl group is bonded. However, the type of fatty acid alkyl ester used is not limited to the following representative examples.
以上の様に、本発明によれば、バイオディーゼル燃料等、燃料の持つ性質に応じて、ディーゼルエンジンに供給する燃料の温度を最適化することが可能となり、燃料供給装置、ディーゼルエンジンの性能を高めると共に、長期にわたって安定的に性能を維持することが可能となる。そして、燃料の健全性維持がより確実となるので、燃料供給についてより精密な制御動作が可能となり、ディーゼルエンジンの有用性が高まることにもなる。 As described above, according to the present invention, it is possible to optimize the temperature of the fuel supplied to the diesel engine according to the properties of the fuel, such as biodiesel fuel, and to improve the performance of the fuel supply device and the diesel engine. In addition, the performance can be stably maintained over a long period of time. And since the soundness maintenance of fuel becomes more reliable, more precise control operation for fuel supply becomes possible, and the usefulness of the diesel engine will also increase.
特に燃料温度が低温時は、ワックス結晶や軽油添加剤に加え、不純物等の析出物を溶解させることができ、燃料の健全性を保ち、燃料温度が高温時には、燃料をクーラーで冷却することにより燃料の熱劣化を防止することができる。また、本発明のこのようなメカニズムは、酸化安定性が悪い分解軽油を軽油基材として用いた場合においても有効な対応である。 In particular, when the fuel temperature is low, precipitates such as impurities can be dissolved in addition to wax crystals and light oil additives, maintaining the soundness of the fuel, and when the fuel temperature is high, by cooling the fuel with a cooler It is possible to prevent thermal deterioration of the fuel. Further, such a mechanism of the present invention is an effective measure even when a cracked light oil having poor oxidation stability is used as a light oil base material.
なお、本発明は、本発明の趣旨ならびに範囲を逸脱することなく、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が様々な変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記実施形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。 The present invention is intended to be variously modified and applied by those skilled in the art based on the description in the specification and well-known techniques without departing from the spirit and scope of the present invention. Included in the scope for protection. Moreover, you may combine each component in the said embodiment arbitrarily in the range which does not deviate from the meaning of invention.
本発明の燃料供給装置によれば、バイオディーゼル燃料等、燃料の持つ性質に応じて、ディーゼルエンジンに供給する燃料の温度を最適化することが可能となり、燃料供給装置、ディーゼルエンジンの性能を高めると共に、長期にわたって安定的に性能を維持することが可能となる。したがって、ディーゼルエンジンの有用性が高まり、種々の産業分野への応用の可能性が高まる。 According to the fuel supply device of the present invention, the temperature of the fuel supplied to the diesel engine can be optimized according to the properties of the fuel such as biodiesel fuel, and the performance of the fuel supply device and the diesel engine is improved. At the same time, the performance can be stably maintained over a long period of time. Therefore, the usefulness of a diesel engine increases and the possibility of application to various industrial fields increases.
10 燃料供給装置
11 燃料タンク
12 燃料フィルタ
13 燃料ポンプ
14 コモンレール
15 噴射ノズル(燃料噴射部)
16 バルブ(流路切替部)
17 温度センサー
18 燃料クーラー
19 燃料センサー
P1 供給管路
P2 戻り管路
P3 バイパス管路
P4 燃料判別サブ管路
DESCRIPTION OF
16 Valve (flow path switching part)
17
Claims (6)
燃料を貯留する燃料タンクと、
前記ディーゼルエンジンの燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射部と、
前記燃料タンクと前記燃料噴射部とを接続し、前記燃料タンクから前記燃料噴射部へ燃料を供給する供給管路と、
前記供給管路上に配置され、前記燃料タンクから供給された燃料中の不純物を除去する燃料フィルタと、
少なくとも前記燃料噴射部と前記燃料フィルタとを接続し、前記燃料噴射部からの余剰燃料を前記燃料フィルタに戻す戻り管路と、
前記戻り管路上に配置され、当該戻り管路を流れる燃料を冷却して前記燃料フィルタに戻す燃料クーラーと、
前記戻り管路上における前記燃料噴射部と前記燃料クーラーとの間の位置に配置された流路切替部と、
前記流路切替部と前記燃料フィルタとを接続するバイパス管路と、
前記戻り管路を流れる燃料の温度を測定する温度センサーと、を備え、
前記流路切替部は、前記温度センサーにより測定された燃料温度が60℃〜80℃の設定温度の範囲で、前記燃料噴射部から前記戻り管路を通って流れる余剰燃料の流路を切り替え、
前記設定温度以上の場合、前記燃料クーラーを介して前記燃料フィルタへ燃料を戻し、
前記設定温度以下の場合、前記バイパス管路を介して前記燃料フィルタへ燃料を戻す、燃料供給装置。 A fuel supply device for supplying fuel to a diesel engine,
A fuel tank for storing fuel;
A fuel injection section for injecting fuel into the combustion chamber of the diesel engine;
A supply line for connecting the fuel tank and the fuel injection unit and supplying fuel from the fuel tank to the fuel injection unit;
A fuel filter that is disposed on the supply pipe and removes impurities in the fuel supplied from the fuel tank;
A return pipe that connects at least the fuel injection section and the fuel filter, and returns surplus fuel from the fuel injection section to the fuel filter;
A fuel cooler disposed on the return line and cooling the fuel flowing through the return line and returning it to the fuel filter;
A flow path switching unit disposed at a position between the fuel injection unit and the fuel cooler on the return pipe;
A bypass pipe connecting the flow path switching unit and the fuel filter;
A temperature sensor for measuring the temperature of the fuel flowing through the return pipe,
The flow path switching unit switches the flow path of surplus fuel flowing from the fuel injection unit through the return pipe line within a set temperature range of 60 ° C. to 80 ° C. measured by the temperature sensor,
When the temperature is equal to or higher than the set temperature, the fuel is returned to the fuel filter through the fuel cooler,
A fuel supply device that returns fuel to the fuel filter via the bypass line when the temperature is equal to or lower than the set temperature.
前記流路切替部から燃料の供給を受け、燃料中におけるバイオディーゼル燃料の濃度を判別する燃料センサーを更に備える、燃料供給装置。 The fuel supply device according to claim 1,
A fuel supply apparatus, further comprising a fuel sensor that receives supply of fuel from the flow path switching unit and determines a concentration of biodiesel fuel in the fuel.
前記燃料センサーが判別したバイオディーゼル燃料の濃度が所定の値以下である場合、前記流路切替部は、前記設定温度の範囲を60℃〜80℃からより低い温度の範囲に設定する、燃料供給装置。 The fuel supply device according to claim 2,
When the concentration of the biodiesel fuel determined by the fuel sensor is equal to or lower than a predetermined value, the flow path switching unit sets the set temperature range from 60 ° C. to 80 ° C. to a lower temperature range. apparatus.
燃料を貯留する燃料タンクと、
前記ディーゼルエンジンの燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射部と、
前記燃料タンクと前記燃料噴射部とを接続し、前記燃料タンクから前記燃料噴射部へ燃料を供給する供給管路と、
前記供給管路上に配置され、前記燃料タンクから供給された燃料中の不純物を除去する燃料フィルタと、
少なくとも前記燃料噴射部と前記燃料フィルタとを接続し、前記燃料噴射部からの余剰燃料を前記燃料フィルタに戻す戻り管路と、
前記戻り管路上に配置され、当該戻り管路を流れる燃料を冷却して前記燃料フィルタに戻す燃料クーラーと、
前記戻り管路上における前記燃料噴射部と前記燃料クーラーとの間の位置に配置された流路切替部と、
前記流路切替部と前記燃料フィルタとを接続するバイパス管路と、
前記戻り管路を流れる燃料の温度を測定する温度センサーと、
前記流路切替部から燃料の供給を受け、燃料中におけるバイオディーゼル燃料の濃度を判別する燃料センサーと、を備え、
前記流路切替部は、前記燃料センサーが判別したバイオディーゼル燃料の濃度に応じて、前記燃料噴射部から前記戻り管路を通って流れる余剰燃料の流路を切り替える設定温度の範囲を変更する、燃料供給装置。 A fuel supply device for supplying fuel to a diesel engine,
A fuel tank for storing fuel;
A fuel injection section for injecting fuel into the combustion chamber of the diesel engine;
A supply line for connecting the fuel tank and the fuel injection unit and supplying fuel from the fuel tank to the fuel injection unit;
A fuel filter that is disposed on the supply pipe and removes impurities in the fuel supplied from the fuel tank;
A return pipe that connects at least the fuel injection section and the fuel filter, and returns surplus fuel from the fuel injection section to the fuel filter;
A fuel cooler disposed on the return line and cooling the fuel flowing through the return line and returning it to the fuel filter;
A flow path switching unit disposed at a position between the fuel injection unit and the fuel cooler on the return pipe;
A bypass pipe connecting the flow path switching unit and the fuel filter;
A temperature sensor for measuring the temperature of the fuel flowing through the return line;
A fuel sensor that receives the supply of fuel from the flow path switching unit and determines the concentration of biodiesel fuel in the fuel, and
The flow path switching unit changes a set temperature range for switching a flow path of surplus fuel flowing from the fuel injection unit through the return pipe according to the concentration of biodiesel fuel determined by the fuel sensor. Fuel supply device.
前記流路切替部は、前記濃度が所定の値以上の場合、所定の値以下の場合に比べて前記設定温度の範囲を上昇させる、燃料供給装置。 The fuel supply device according to claim 4,
The flow path switching unit is a fuel supply device that raises the range of the set temperature when the concentration is equal to or higher than a predetermined value as compared to when the concentration is equal to or lower than a predetermined value.
前記流路切替部は、前記濃度が所定の値以上の場合、前記設定温度の範囲を60℃〜80℃に設定する、燃料供給装置。 The fuel supply device according to claim 5,
The flow path switching unit is a fuel supply device that sets a range of the set temperature to 60 ° C. to 80 ° C. when the concentration is equal to or higher than a predetermined value.
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