JP3739317B2 - 燃料分留装置 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、請求項１の前文の特徴を有する、内燃機関の液体燃料から低沸点燃料留分を分離するための燃料分留装置に関する。
【０００２】
例えば貨物自動車、乗用車、バス等の自動車用の内燃機関の運転のために現在利用可能な燃料は、第１に、例えば、原油品質、製造方法、コストおよびエネルギ経費の相違によって生じる燃料生産者側における制限と、第２に、例えば非常な低温でも確実な低温始動が可能であること、低排ガス量および低蒸発排出量、低燃費、ターボチャージャ付きエンジンであっても良好なアンチノック性、沈殿防止、腐食の回避、低硫黄分、静粛なエンジン運転および高信頼性等、内燃機関によって課される、場合によっては相矛盾する要求と、の間の妥協の産物である。これらの内燃機関の要件に既存の燃料をよりよく適合させるために、最初に述べたタイプの燃料分留装置が使用されている。
【０００３】
ドイツ特許ＤＥ１９７１３８４１Ｃ１には、この燃料分留装置として、燃料容器において、ガスが抜き出される結果減圧が発生するタイプのものが開示されている。この場合の燃料容器は、自動車の燃料タンクから形成されていてもよく、また中間容器を追加して設けることにより形成されていてもよい。従来の装置においては、燃料容器に貯留する液体燃料中から分離すべき低沸点留分の燃料成分がこの液体燃料から蒸発するように、この減圧を選択する。この場合、ガスの抜き出しまたは減圧の生成は、ガス供給ポンプを用いて達成される。更に、このガスの抜き出しにより、燃料容器内に低沸点燃料留分の蒸気が形成され、燃料容器から抜き出される。ガス供給ポンプの送出側（デリベリ側）では、分離された低沸点燃料留分を液体状態で内燃機関に供給することができるように、蒸発成分が凝縮される。燃料分留装置の性能、特に分留速度を向上させるために、ガス供給ポンプの吸込み側（サクション側）を加熱することができ、および／またはその圧力側を冷却することができる。
【０００４】
本発明は、最初に述べたタイプの燃料分留装置の性能を向上させること、特にその分留速度を向上させることの問題を扱う。
【０００５】
本発明によれば、この問題は、請求項１の特徴を有する燃料分留装置によって解決される。
【０００６】
本発明は、液体燃料中に導入される搬送ガス（キャリアガス）を用いて分留を行うという概念に基づく。ついで、搬送ガスは、気泡の形態で燃料中を浮上し、その過程で低沸点燃料成分を優先的に含むようになり、燃料容器の燃料液面上に集まる。そして、このようにして形成される搬送ガス／燃料留分混合物を燃料容器から抜き出すことができる。従来技術とは異なり、この場合に抜き出されたガスによって燃料容器に発生する減圧度は、燃料容器内に形成されるガス状の搬送ガス／燃料留分混合物を燃料容器から抜き出すことができる程度であれば良い。これを達成するために必要な減圧の程度は、液体燃料から低沸点留分の燃料成分を蒸発させるために必要な減圧の程度より相当に低い。このようにして、減圧を発生させるために使用される圧力源と燃料容器構成とを簡略化することが可能となる。
【０００７】
しかしながら、便宜上、ガスが抜き出された結果として燃料容器に発生する減圧は、搬送ガス導入の駆動のために使用することができ、その結果、搬送ガス導入の駆動のための別の手段が不要となると言うこともできる。例えば、ガスの抜き出しは、内燃機関の吸気によってもたらすことができる。その過程で、内燃機関の燃焼に必要な空気の少なくとも一部が、燃料容器内に吸入される。この場合、使用される搬送ガスは周囲空気である。
【０００８】
搬送ガスとして空気を使用する特に有利な実施形態によれば、燃料容器から抜き出される空気／燃料留分混合物を、可燃性の空気／燃料混合物として直接内燃機関に供給することができる。これは、低沸点燃料留分に富む空気が発火性混合ガスを形成するためである。
【０００９】
代替法として、特別なガスポンプを用いてガスを抜き出し、ガスポンプの送出側において搬送ガス／燃料留分混合物を圧縮することも可能である。
【００１０】
搬送ガスとして使用される空気が、空気／燃料留分混合物の形態で分離された燃料留分と共に、燃焼用に内燃機関に供給され、これによって搬送ガスが消費される開いた系の代りに、搬送ガス／燃料留分混合物が抜き出された後に、燃料留分を搬送ガスから分離し、（少なくとも理論上は）再び利用することができる、閉じた系を形成することも可能である。この場合、混合物から分離される燃料留分は、特別な貯蔵器内において使用可能状態で貯留し、好ましくは液体状態で集め、必要な時に内燃機関に供給することとなる。搬送ガスは、燃料容器内の燃料中に戻してもよく、あるいは、特に搬送ガスとして空気が使用される場合には、周囲に発散させることも可能である。
【００１１】
本発明による燃料分留装置の特に有利な実施形態によれば、搬送ガスが導入され搬送ガス／燃料留分混合物が抜き出される燃料容器は、内燃機関用の燃料が貯留される燃料タンクによって形成されていてもよい。車両の場合、これは燃料を内燃機関に供給するための車両自体の燃料タンクである。
【００１２】
本発明による燃料分留装置の更に重要な特徴および利点は、従属項、図面および図面についての説明から明らかとなるであろう。
【００１４】
本発明の好ましい例示的な実施形態は、図と以下の説明とを用いてより詳細に説明される。
【００１５】
図１によれば、本発明による燃料分留装置は、燃料２、例えばディーゼル油またはガソリンを貯留する容器１を備え、好ましくは、内燃機関（図示せず）の燃料タンクから形成される。燃料分留装置が自動車に搭載されている場合、容器１は、好ましくは、その車両の内燃機関用に燃料を貯留する車両自体の燃料タンクによって形成される。また、容器１が、内燃機関の燃料タンクとは別の容器から形成され、燃料タンクから燃料２の供給を受けるものであることも可能である。
【００１６】
本発明による燃料分留装置にはガス分配器４を有する搬送ガス供給装置７が備えられている。ガス分配器４は、容器または燃料タンク１の内部に配置されるか、燃料タンク１の底３に近接して配置されるか、またはこの底３に一体化されている。ガス分配器４は、燃料タンク１内において、通例起こり得る液レベルでは燃料２内に沈んだ状態に保たれるように、たとえば燃料レベル５より下に位置するように、十分低く配置される。ガス分配器４は、スワラ(swirler)と呼ばれる場合もあるが、内部が中空であり、その外側、少なくとも燃料レベル５に面する領域に、複数のガス出口用開口６を有する。
【００１７】
ガス出口用開口６は、ガス分配器４の出口側を形成し、その入口側では、弁９が配置されたガス送り配管８に接続されている。ガス送り配管８は、活性炭フィルタ１０を介し、１１において搬送ガス貯蔵器かまたは搬送ガス源と連通する。後者は好ましくは周辺環境によって形成され、その場合、搬送ガスは周囲空気によって形成される。燃料タンク１は、燃料レベル５の上にガス収集空間１２を有し、そこにサクション配管１３が接続されている。
【００１８】
また、本発明による燃料分留装置はガスポンプ１４も有している。ガスポンプ１４は、その吸気側においてサクション配管１３と接続し、送出側において、逆止弁１５を介し、圧力配管１７によりセパレータ１６に接続している。セパレータ１６は、搬送ガスと燃料留分とを分離する。セパレータ１６は、例えば、サイクロンを備えていても、選択膜を有していてもよい。両者を備えていてもよい。
【００１９】
圧力配管１７には熱交換器１８があり、流路４２によってモデル的に示すように伝熱媒体をそこに流すことができる。セパレータ１６と熱交換器１８との間の圧力配管１７には、圧力逃し配管１９が接続されている。この配管１９は、圧力逃し弁２０を介してサクション配管１３に接続されている。
【００２０】
セパレータ１６はハウジング２１内に配置されている。ハウジング２１はまた、その内部に、燃料２から分離された低沸点燃料留分２３用の貯蔵器２２も有する。更に、貯蔵器２２内には、低沸点燃料留分２３のレベルを監視するレベルセンサ２４が配置されている。貯蔵器２２は、第１接続口２５により、弁２７が配置された燃料戻り配管２６を介してタンク１に接続されている。第２接続口２８により、貯蔵器２２に貯留される低沸点燃料留分２３が、弁３０が配置された燃料送り配管２９を介して内燃機関に供給される。例えば、低沸点燃料留分２３は、燃料噴射装置の燃料マニホルドに供給されるか、またはこの燃料噴射装置の噴射弁に直接供給される。
【００２１】
調整可能圧力制御弁３２が配置されたガス戻り配管３１により、セパレータ１６は、活性炭フィルタ１０を介して外部環境１１と連通している。サクション配管１３は、弁３３を介してガス戻り配管３１に接続することができる。吸気配管３４は、ガス送り配管８に連通している。この吸気配管３４は内燃機関の吸気口（図示せず）に接続されており、弁３５を配置することもできる。
【００２２】
電気部品を作動し制御するために、信号および制御ライン３７を介して対応する電気部品に接続される制御ユニット３６がある。信号および制御ライン３７は、明確にするために一部のみ示されている。
【００２３】
図１に示す燃料分留装置は、以下のように動作する。
【００２４】
内燃機関の低温始動の開始時、例えばスタータモータが作動される結果、ガスポンプ１４が起動し、弁３３が閉で弁９が開となる。弁のこの配置により、サクション配管１３を介して燃料容器１に減圧が発生し、この減圧が搬送ガス供給装置７に伝播することにより、活性炭フィルタ１０を介して外部環境１１から空気を吸入することができる。ガス分配器４において、この空気は、できるだけ細かく分散された出口用開口６を通過して燃料２中に入り、燃料２中を通って上昇し、低沸点燃料成分で優先的に満たされた後、容器１のガス収集空間１２に集められる。ガスがサクション配管１３を通って抜き出されると、このようにして形成される空気／燃料留分混合物は、ガスポンプ１４によってガス収集空間１２から抜き出され、圧力配管１７を介してセパレータ１６に供給される。熱交換器１８において、圧縮された空気／燃料留分混合物が冷却され、その結果、燃料留分が液化される。特定の実施形態によれば、燃料タンク１の燃料２を冷却媒体として使用することができ、その結果、熱がこの燃料に供給され、それが燃料２の分留を促進することとなる。また、熱交換器１８は、周囲空気による方式でも良く、また、車両に既設の冷却系、例えば空調システムの冷却系やエンジン冷却系に接続してもよい。
【００２５】
セパレータ１６において、液体燃料留分は空気から分離される。低沸点燃料留分２３は、貯蔵器２２に入って収集されるが、空気はガス戻り配管３１を通って活性炭フィルタ１０に戻される。
【００２６】
低温始動を実行するため、すなわち内燃機関に始動用燃料としての役割を果たす低沸点燃料留分２３を供給するために、圧力制御弁３２が制御ユニット３６により必要な噴射圧力に設定される。セパレータ１６と貯蔵器２２とが、圧力容器として設計された共通のハウジング２１内に収納されるため、圧力制御弁３２で設定される圧力は自動的に低沸点燃料留分２３にも作用する。
【００２７】
低沸点燃料留分２３を内燃機関に供給するために弁３０を開く前に、弁２７を一時的に開き、貯蔵器２２に溜まっている可能性のある凝縮水を貯蔵器２２から燃料タンク１に戻す。内燃機関の低温始動または暖機段階が終了した時、弁３０を閉じる。この際、例えば貯蔵器２２における低沸点燃料留分２３のストックの供給のために燃料分留を継続してもよい。この分留中、圧縮圧力は、例えば周囲温度の関数として圧力制御弁３２で調節される。ポンプ１４の送出側における圧縮圧力は、搬送ガス中に残っている燃料成分の分圧が、分離後および圧力制御弁３２の下流においてできるだけ低くなるように選択される。すなわち、圧縮圧力は、凝縮および分離を特に効果的に行うことができるように選択される。
【００２８】
セパレータ１６の下流で、搬送ガスを活性炭フィルタ１０に供給し、そこから搬送ガス供給装置７に供給し直すことが可能である。図１に示す実施形態では、搬送ガスについて閉じた系が形成されているが、これは、搬送ガスから燃料留分を分離した後に、搬送ガスが消費されることなく利用可能であり、特に、多数回使用されるためである。
【００２９】
活性炭フィルタ１０は、その使用（負荷）状態により、再生されるか使用（負荷）される。この手続きにより、使用（負荷）した活性炭フィルタ１０の再生を、内燃機関の動作とは無関係に行うことが可能である。更に、空気を搬送ガスとして燃料中に噴出するための空気の吸入中に活性炭フィルタ１０が再生されるため、燃料から得られるすべての低沸点成分が内燃機関の低温始動用に利用可能である。分留動作中は、戻りの搬送ガス中の燃料成分の残留物を活性炭フィルタ１０の使用（負荷）に供することができる。分留が終了すると、弁３３が開とされ、それによって、燃料タンク１からの燃料２の蒸発排出物が活性炭フィルタ１０の使用（負荷）に供される。
【００３０】
分留が進行中でない場合、一時的に弁３５を開くことによって活性炭フィルタ１０を再生することも可能である。それによって、内燃機関は、その吸気の少なくとも一部を活性炭フィルタ１０を通して吸入することとなる。
【００３１】
分留を終了するためには、ガスポンプ１４を止め、弁９を閉じ、弁３３を開とする。
【００３２】
図２は、本発明による燃料分留装置の他の実施形態を示す。ここでは同一の部品は同一の参照番号で示されている。
【００３３】
図２によれば、この形態では、容器１において減圧を発生させるためにガスを抜き出すための、制御可能なガスポンプ１４’がある。その送出側において、このガスポンプ１４’は、少なくとも１つの噴射弁３８に接続されており、その噴射弁３８により、容器１のガス収集空間１２から抜き出された空気／燃料留分混合物が、内燃機関または個々の燃焼チャンバあるいはこれら燃料チャンバの吸気領域に供給される。圧力配管１７には、空気／燃料留分混合物における燃料留分の含有量または濃度を検出し、関連する信号値を対応するライン３７を介して制御ユニット３６に送信する燃料センサ３９が配置されている。ガスポンプ１４’の送出側は戻り配管４０を介して弁９の上流のガス送り配管８に連通される。この戻り配管４０は圧力配管１７に接続されており、調整可能な圧力制御弁４１が配置されている。これにより、ガスポンプ１４’の送出側が、活性炭フィルタ１０を介して外部環境１１に連通される。
【００３４】
内燃機関の低温始動および暖機段階の開始時には、ガスポンプ１４’が始動し、弁３３が閉、弁９が開とされる。その結果、ガスポンプ１４’の吸気側に減圧が形成され、それがサクション配管１３を介して容器１のガス収集空間１２内に伝播する。更に、減圧により、外部環境１１から活性炭フィルタ１０と搬送ガス供給装置７とを介して燃料２中に空気が吸入される。吸入された搬送ガスまたは空気は、細かく分散された形態でガス分配器４において燃料２中に吐出され、低沸点成分が燃料２から取り除かれる。ガス収集空間１２に集められる空気／燃料留分混合物は、サクション配管１３を介してガスポンプ１４’の送出側に供給される。ガスポンプ１４’のサクション量または吐出量は、エンジン速度、エンジン負荷の関数として、およびセンサ３９で測定される燃料濃度の関数として、調節される。内燃機関の噴射弁３８で利用できる空気／燃料留分混合物の圧力は、圧力制御弁４１で設定される。この圧力調節は、例えば圧力配管１７における燃料の凝縮を防止するために、周囲温度の関数として行われる。使用されない空気／燃料留分混合物は、圧力制御弁４１を通って流れ、ガス送り配管８内に導入され、分留が行われている時には、ガス分配器４を通って再度燃料２内に導入される。
【００３５】
噴射弁３８は、エンジン速度、エンジン負荷、空気／燃料留分混合物における燃料濃度およびガスポンプ１４’の送出側で設定される圧力の関数として制御される。
【００３６】
低温始動または暖機期間が終了した後、ガスポンプ１４’が止められ、弁９が閉、弁３３が開とされる。分留が行われていない時には、活性炭フィルタ１０は、タンク１の燃料２の蒸発排出物を吸着する。活性炭フィルタ１０は、内燃機関の吸気動作の結果として、吸気配管３４を介して通例の方法で再生することができる。しかしながら、好ましくは、再生は分留動作中に行われる。すなわち、分留動作中に、周囲空気が対応する再生動作を伴いつつ活性炭フィルタ１０を通して吸込まれる。
【００３７】
図２に示した、内燃機関の燃料供給装置の一部を形成する燃料分留装置の実施形態は、図１に示す実施形態とは異なり、低沸点燃料留分用の貯蔵器無しに行われる。本発明により提案される搬送ガス供給装置７により、内燃機関を始動し暖機するために特に適した発火性空気／燃料留分混合物を、いわばオンラインで、十分な量製造することが可能である。
【００３８】
この実施形態では、搬送ガスとして使用される空気は消費され、新たな空気が分留のために外部環境１１から常に吸入されなければならないため、この場合の系は開かれた系である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による燃料分留装置系の概略を示す。
【図２】 本発明による燃料分留装置の他の実施形態の概略を示す、図１と同様の図である。

Claims (6)

1. 液体燃料（２）を収納する容器（１）を有し、内燃機関の該液体燃料（２）から低沸点燃料留分を分離する燃料分留装置であって、ガスを抜き出すことによりこの容器（１）内に減圧を発生させ、該容器（１）内で形成される蒸気形態の該低沸点燃料留分を該容器（１）から抜き出し、それを内燃機関に利用可能であるようにする燃料分留装置において、搬送ガスである空気を該容器（１）内の該液体燃料（２）中に導入する搬送ガス供給装置（７）が配置され、該搬送ガスが、蒸気形態である該燃料留分と共に該容器（１）から抜き出され、該容器（１）から抜き出される該搬送ガス／低沸点燃料留分混合物が、制御可能ガスポンプ（１４’）により、可燃混合物として該内燃機関に供給されることを特徴とする燃料分留装置。
2. 前記搬送ガス供給装置（７）が、前記容器（１）内の前記燃料（２）中に沈められるように配置されるガス分配器（４）を有し、該ガス分配器（４）が、該ガス分配器（４）から該燃料（２）中へ、ガスを細かく分散して吐出できるようにするためのガス出口用開口（６）を有することを特徴とする請求項１に記載の燃料分留装置。
3. 前記容器（１）において前記ガスが抜き出される結果発生する前記減圧が、前記搬送ガス供給装置（７）を駆動するために使用されることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料分留装置。
4. 前記ガスが、前記内燃機関が燃焼に必要な前記空気を吸込むための手段を使用して、前記内燃機関が行う吸込み動作によって抜き出されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の燃料分留装置。
5. 前記容器が、前記内燃機関の燃料タンク（１）によって形成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の燃料分留装置。
6. 前記容器（１）から抜き出される前記搬送ガス／燃料留分混合物の流路に、燃料留分の輸送量を定める燃料留分センサ（３９）が配置されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の燃料分留装置。

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