JP4200944B2 - 内燃機関の燃料分留装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の燃料分留装置に関する。

加熱により燃料の一部を気化させて低沸点ＨＣを多く含む気体燃料と液体燃料とを生成し、気液分離器にて気体燃料と液体燃料とを分離する装置が知られている（特許文献１参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２、３が存在する。
特開平４−２１４９１８号公報 特許第３０９３９０５号公報 特開２００１−１９３５２５号公報

従来の装置では、気体燃料（気相燃料）と液体燃料（液相燃料）とを同じ点で分離させているので、液相燃料に気相燃料が混入するおそれがある。

そこで、本発明は、液相燃料への気相燃料の混入を抑制し、気相燃料の回収量を増加させることが可能な内燃機関の燃料分留装置を提供することを目的とする。

本発明の内燃機関の燃料分留装置は、内燃機関の燃料供給系統から燃料が供給されるとともに供給された燃料を加熱して気相燃料と液相燃料とに分留する燃料分留通路と、前記燃料分留通路に設けられ、分留により生成された気相燃料を取り出す気相燃料取り出し口と、前記気相燃料取り出し口よりも燃料の流れ方向下流の前記燃料分留通路に接続され、分留により生成された液相燃料が導かれる液相燃料導出通路と、前記燃料分留通路と前記液相燃料導出通路との接続部と前記気相燃料取り出し口との間に設けられ、液相燃料を溜める液相燃料溜り部と、前記液相燃料溜り部の上方に設けられ、前記液相燃料導出通路への気相燃料の侵入を抑制する気相燃料侵入抑制手段と、を備えたことにより、上述した課題を解決する（請求項１）。

本発明の内燃機関の燃料分留装置によれば、液相燃料より先に燃料分留通路から気相燃料を取り出して分離することができるので、液相燃料への気相燃料の混入を抑制することができる。気相燃料侵入抑制手段により液相燃料導出通路への気相燃料の侵入が抑制されるので、気相燃料の殆どを気相燃料取り出し口から取り出すことができる。そのため、気相燃料の回収量を増加させることができる。

本発明の内燃機関の燃料分留装置において、前記液相燃料溜り部は、前記燃料分留通路内の下面に形成された凹部であってもよいし（請求項２）、前記液相燃料溜り部は、前記接続部において通路が下方に凸状に湾曲した曲がり部であってもよい（請求項３）。また、前記燃料分留通路は燃料の流れ方向上流より下流が下方に位置するように傾斜して設けられ、前記液相燃料導出通路は前記接続部から上方に向かって延びており、前記液相燃料溜り部は前記接続部であってもよい（請求項４）。このように凹部や曲がり部を設けることにより、この部分に液相燃料を溜めることができる。また、燃料分留通路と液相燃料導出通路との接続部で通路の延びる方向を下方から上方に変化させることで、この部分に液相燃料を溜めることができる。

以上に説明したように、本発明によれば、燃料分留通路から先に気相燃料を取り出すことができるので、液相燃料への気相燃料の混入を抑制することができる。また、気相燃料侵入抑制手段によって液相通路への気相燃料の侵入を抑制することができる。そのため、気相燃料の回収量を増加させることができる。

図１は、本発明の燃料分留装置を内燃機関としてのディーゼルエンジン１に適用した一形態を示している。エンジン１は車両に走行用動力源として搭載されるもので、そのシリンダ２には吸気通路３及び排気通路４が接続され、吸気通路３にはターボチャージャ５のコンプレッサ５ａ、吸気を冷却するインタークーラ６、吸気量調節用の絞り弁７が、排気通路４にはターボチャージャ５のタービン５ｂ、排気浄化触媒８がそれぞれ設けられている。排気通路４と吸気通路３とはＥＧＲ通路９で接続され、ＥＧＲ通路９にはＥＧＲクーラ１０が設けられている。

エンジン１には、燃料供給系統として燃料供給装置１１が設けられている。燃料供給装置１１は、シリンダ２に燃料を噴射するための燃料噴射弁１２と、燃料噴射弁１２に供給される高圧の燃料を蓄えるコモンレール１３と、燃料（以下、原料燃料と記述する。）を貯留する燃料タンク１４と、燃料タンク１４からコモンレール１３に燃料を供給する燃料ポンプ１５とを備えている。

また、エンジン１には、原料燃料を、低分点成分を多く含み軽質な気相燃料（以下、軽質燃料と記述することもある。）と、高沸点成分を多く含み重質な液相燃料（以下、重質燃料と記述することもある。）と、に分留する燃料分留装置１６と、排気浄化触媒８の機能再生時に排気浄化触媒８の上流側の排気通路４に軽質燃料を供給する軽質燃料供給装置１７とを備えている。

燃料分留装置１６は、原料燃料が供給されるとともに供給された原料燃料を加熱して軽質燃料と重質燃料とに分留する燃料分留通路１８と、燃料分留通路１８に供給する原料燃料の流量を調整する流量調整バルブ１９と、燃料分留通路１８にて分留された軽質燃料が導かれる気相通路２０と、重質燃料が導かれる液相燃料導出通路としての液相通路２１と、分留された軽質燃料を貯留する軽質燃料タンク２２と、燃料分留通路１８内の温度に対応した信号を出力する温度センサ２３（図２参照）とを備えている。燃料分留通路１８の一部は排気マニホールド４ａ内に配置され、排気熱を利用して原料燃料を目標温度（例えば２００〜２５０℃）まで加熱する。図１に示したように、気相通路２０は軽質燃料タンク２２に、液相通路２１は燃料タンク１４にそれぞれ接続されている。軽質燃料供給装置１７は、軽質燃料を排気通路４に供給する軽質燃料インジェクタ２４と、軽質燃料タンク２２から軽質燃料インジェクタ２４に軽質燃料を供給する軽質燃料ポンプ２５とを備えている。

次に、図２を参照して図１の燃料分留通路１８と気相通路２０及び液相通路２１との接続部の構造について説明する。なお、図２（ａ）は燃料分留通路１８の側面図を、図２（ｂ）は上面図を、図２（ｃ）は図２（ａ）の矢印Ａ方向からの矢視図をそれぞれ示している。図２（ａ）及び図２（ｃ）に示したように、気相通路２０は燃料分留通路１８の上側に接続されており、その接続部には気相燃料取り出し口としての開口部２０ａ（図２（ｂ）、図２（ｃ）の斜線部）が設けられている。図３は、燃料分留通路１８及び気相通路２０の接続部の構造を示している。図３に示したように燃料分留通路１８には、気相通路２０が接続される上側の壁面（上面）の一部が除去されて切欠き部１８ａが設けられている。一方、気相通路２０には、切欠き部１８ａに収まる部分の壁面が除去されて開口部２０ａが設けられている。燃料分留通路１８と気相通路２０とは、切欠き部１８ａに開口部２０ａが嵌るように接続される。図２（ａ）及び図２（ｂ）に示したように、液相通路２１は開口部２０ａよりも燃料の流れ方向下流で燃料分留通路１８と接続されている。

このように燃料分留通路１８に気相通路２０及び液相通路２１を接続させることで、燃料分留通路１８から先に気化した軽質燃料を取り出すことができる。そのため、液相通路２１に流入する重質燃料の流れに軽質燃料が巻き込まれることを抑制することができるので、軽質燃料の回収量を増加させることができる。また、気相通路２０が燃料分留通路１８の上面に接続されているので、気相通路２０への重質燃料の流入を抑制することができる。そのため、軽質燃料の性状を安定化させることができる。なお、開口部２０ａの形状は図２及び図３に示した形状に限定されない。開口部２０ａは、燃料分留通路１８から気相通路２０に軽質燃料が取り出せるように気相通路２０に設けられていればよい。

図４は、燃料分留通路１８と液相通路２１との接続部の他の実施形態を示している。図４の燃料分留通路１８は、重質燃料（液相燃料）を溜める液相燃料溜り部としての燃料溜り部２５と、液相通路２１への軽質燃料（気相燃料）の侵入を抑制する気相燃料侵入抑制手段としての遮蔽板２６とを備えている。図４の燃料分留通路１８は、燃料の流れ方向上流よりも下流が下方に位置するように傾斜して設けられている。液相通路２１は、燃料分留通路１８との接続部２７から一旦上方に向かって延び、その後下方に傾斜して延びている。このように液相通路２１を一旦上方に向けて傾斜させることで、燃料分留通路１８と液相通路２１との接続部２７に燃料溜り部２５を形成させる。遮蔽板２６は、燃料溜り部２５の上方に、燃料分留通路１８と液相通路２１とが遮蔽板２６の下端２６ａよりも下の一部だけで接続されるように設けられる。燃料分留通路１８に沿って導かれた重質燃料は、燃料溜り部２５に一旦貯留される。図４に示したように、燃料溜り部２５は、重質燃料の液面が遮蔽板２６の下端２６ａ以上の位置になるまで重質燃料が貯留可能なように設けられる。即ち、液相通路２１は、このような量の重質燃料が燃料溜り部２５に貯留されるように上方に傾斜して設けられている。貯留された重質燃料は、燃料溜り部２５への貯留量が所定量以上になると、燃料溜り部２５の一端２５ａから溢れ出て燃料タンク１４へと導かれる。

このように燃料溜まり部２５と遮蔽板２６とを設けることで、燃料溜り部２５に貯留された重質燃料と遮蔽板２６とによって気化した軽質燃料の液相通路２１への侵入を抑制することができる。これにより、燃料分留通路１８内の軽質燃料の殆どを開口部２０ａから気相通路２０へ導くことができるので、軽質燃料の回収量をさらに増加させることができる。

図５（ａ）〜（ｃ）は、燃料溜り部２５及び遮蔽板２６の他の実施形態を示している。図５（ａ）では、開口部２０ａよりも下流側でかつ液相通路２１との接続部２７よりも上流側の燃料分留通路１８内の下面に凹部２８を形成し、この凹部２８に重質燃料を貯留する。この場合、凹部２８が液相燃料溜り部として機能する。遮蔽板２６は、凹部２８の上方に、下端２６ａが凹部２８に貯留される重質燃料の液面以下の位置に設定されるように設けられる。凹部２８の重質燃料は、図５（ａ）に示したように凹部２８の下流側の一端から溢れ出ることで燃料タンク１４に導かれる。このように凹部２８及び遮蔽板２６を設けることによっても、凹部２８に貯留された重質燃料と遮蔽板２６とによって液相通路２１への軽質燃料の侵入を抑制することができる。

液相通路２１への軽質燃料の侵入は、燃料溜り部２５や凹部２８の上面を燃料分留通路１８の内側に凸状に張り出させることによって抑制してもよい。例えば図５（ｂ）に示したように、燃料分留通路１８の上面を凹部２８に貯留される重質燃料の液面以下の位置まで通路の内側に突出させ、凹部２８の上方に突出部１８ｂを設ける。このように突出部１８ｂを設けることで、凹部２８に貯留された重質燃料と突出部１８ｂとによって軽質燃料の液相通路２１への侵入を抑制することができる。この場合、突出部１８ｂが気相燃料侵入抑制手段として機能する。

図５（ｃ）では、開口部２０ａよりも下流側でかつ液相通路２１との接続部よりも上流側の燃料分留通路１８を下方に凸状に湾曲させて曲がり部２９を設け、この曲がり部２９に重質燃料を貯留して液相通路２１への軽質燃料の侵入を抑制する。この場合、曲がり部２９が液相燃料溜り部として機能する。曲がり部２９は、曲がり部２９の上面の高さが曲がり部２９に貯留される重質燃料の液面以下の位置に設定されるように湾曲して設けられる。このように通路を湾曲させることで、曲がり部２９の上面によって液相通路２１への軽質燃料の侵入を抑制することができる。

本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、種々の形態にて実施してよい。例えば、本発明はディーゼルエンジンに限らず、ガソリンその他の燃料を利用する各種の内燃機関に適用してよい。

気相通路には、開口部から導かれた軽質燃料を冷却する冷却手段が設けられていてもよい。開口部から気相通路に導かれた気相の軽質燃料を迅速に冷却して液化させることで、軽質燃料の体積を縮小させ、気相通路内の圧力を低下させることができる。このように気相通路内を減圧させることで、燃料分留通路から気相通路への軽質燃料の導出を促進させることができる。そのため、さらに軽質燃料の回収量を増加させることができる。

また、燃料分留通路内で燃料の流れが脈動するように燃料分留通路に燃料を供給してもよい。このように燃料分留通路内の燃料流れを脈動させつつ下流側に導くことで、この燃料の流れによって軽質燃料を気相通路に押し出すことができる。そのため、軽質燃料の回収量を増加させることができる。

本発明の燃料分留装置を内燃機関に適用した一形態を示す図。 図１の燃料分留通路と気相通路及び液相通路との接続部を拡大して示す図で、（ａ）は燃流分留通路の側面図を、（ｂ）は燃料分留通路の上面図を、（ｃ）は燃料分留通路の図２（ａ）の矢印Ａ方向からの矢視図をそれぞれ示している。 図２の燃料分留通路及び気相通路の接続部の構造を示す図。 燃料分留通路と液相通路との接続部の他の実施形態を示す図。 燃料溜り部及び遮蔽板の他の実施形態を示す図。

符号の説明

１ ディーゼルエンジン（内燃機関）
１１ 燃料供給装置（燃料供給系統）
１８ 燃料分留通路
１８ｂ 突出部（気相燃料侵入抑制手段）
２０ 気相通路
２０ａ 開口部（気相燃料取り出し口）
２１ 液相通路
２５ 燃料溜り部（液相燃料溜り部）
２６ 遮蔽板（気相燃料侵入抑制手段）
２７ 接続部
２８ 凹部（液相燃料溜り部）
２９ 曲がり部（液相燃料溜り部）

Claims (4)

1. 内燃機関の燃料供給系統から燃料が供給されるとともに供給された燃料を加熱して気相燃料と液相燃料とに分留する燃料分留通路と、前記燃料分留通路に設けられ、分留により生成された気相燃料を取り出す気相燃料取り出し口と、前記気相燃料取り出し口よりも燃料の流れ方向下流の前記燃料分留通路に接続され、分留により生成された液相燃料が導かれる液相燃料導出通路と、前記燃料分留通路と前記液相燃料導出通路との接続部と前記気相燃料取り出し口との間に設けられ、液相燃料を溜める液相燃料溜り部と、前記液相燃料溜り部の上方に設けられ、前記液相燃料導出通路への気相燃料の侵入を抑制する気相燃料侵入抑制手段と、を備えたことを特徴とする内燃機関の燃料分留装置。
2. 前記液相燃料溜り部は、前記燃料分留通路内の下面に形成された凹部であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料分留装置。
3. 前記液相燃料溜り部は、前記接続部において通路が下方に凸状に湾曲した曲がり部であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料分留装置。
4. 前記燃料分留通路は燃料の流れ方向上流より下流が下方に位置するように傾斜して設けられ、前記液相燃料導出通路は前記接続部から上方に向かって延びており、前記液相燃料溜り部は前記接続部であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料分留装置。

Images