JP4200946B2

JP4200946B2 - 内燃機関の燃料分留装置

Info

Publication number: JP4200946B2
Application number: JP2004181269A
Authority: JP
Inventors: 富久小田; 信也広田; 貴宣植田; 晃見上
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-06-18
Filing date: 2004-06-18
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2024-06-18
Also published as: JP2006002694A

Description

本発明は、内燃機関の燃料分留装置に関する。

燃料を加熱して低沸点ＨＣを生成し、この低沸点ＨＣを触媒上流から供給する装置が知られている（特許文献１参照）。また、燃料通路に蓄えた燃料を排気熱で加熱し、この加熱した燃料を触媒上流から供給する装置が知られている（特許文献２参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献３が存在する。
特開平０４−２１４９１８号公報特許第３０９３９０５号公報特開２００１−１９３５２５号公報

燃料を加熱する部分と加熱した燃料を気相と液相とに分離する部分とでは、求められる機能が異なる。

そこで、本発明は、燃料の加熱効率を向上させるとともに気相燃料と液相燃料とを確実に分離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に接続され、燃料を流通させるとともに気相燃料と液相燃料とに分留する燃料分留通路を備えた内燃機関の燃料分留装置において、前記燃料分留通路は、燃料の流れ方向の下流の方が上流よりも上下方向に広く、前記燃料分留通路は、燃料通路と、前記燃料通路の下流に接続される気液分離通路と、を備え、前記燃料通路よりも前記気液分離通路の方が上下方向に広く、単一の管材の一端側を他端側よりも偏平になるように上下方向に押し潰して前記一端側に前記燃料通路を、前記他端側に前記気液分離通路をそれぞれ設けた、ことにより、上述した課題を解決する（請求項１）。

燃料を加熱する部分では、燃料により多くに熱を供給するために燃料と通路との接触面積を増加させた方がよい。一方、気相と液相とを分離させる部分では、液相の燃料から気相の燃料を確実に分離させるために気相燃料を集めるための空間が通路内部に存在していた方がよい。本発明の内燃機関の燃料分留装置によれば、下流の方が上流よりも上下方向に広いので、下流の通路内の上部に気相燃料を集めて気相燃料と液相燃料とを確実に分離させることができる。一方、下流よりも上下方向に狭い燃料分留通路の上流では、燃料と通路との接触面積を増加させることができるので、より多くの熱を燃料に供給して燃料の加熱効率を向上させることができる。

また、燃料通路の下流に上下方向に広い気液分離通路を接続させて燃料分留通路を形成させているため、上流の燃料通路において燃料と通路との接触面積を増加させて加熱効率を向上させ、下流の気液分離通路において気相燃料と液相燃料とを確実に分離させることができる。

さらに、単一の管材の一端側を他端側よりも偏平にすることで、他端側よりも一端側を上下方向に狭くすることができるため、一端側に設けられた燃料通路において燃料と通路との接触面積を増加させて加熱効率を向上させるとともに他端側に設けられた気液分離通路において気相燃料と液相燃料とを確実に分離させることができる。また、単一の管材を加工するので、燃料通路と気液分離通路とを接続させる工程を実施することなく燃料分留通路を製造することができる。

以上に説明したように、本発明によれば、燃料と通路との接触面積を増加させて燃料の加熱効率を向上させつつ気相燃料と液相燃料とを確実に分離させることができる。

図１は、本発明の燃料分留装置が組み込まれたディーゼルエンジン（内燃機関）１の要部を示している。エンジン１は、排気を所定の排気位置まで導くための排気通路２と、エンジン１の燃料供給系統に接続され、燃料を気相と液相とに分留する燃料分留装置３とを備えている。燃料分留装置３は、燃料分留通路４と、燃料分留通路４の終端の分岐点４ａに接続される気相通路５及び液相通路６と、燃料分留通路４に供給される燃料（以下、原料燃料と記述する。）の流量を調整する流量調整弁７と、原料燃料と分留後の液相燃料とを熱交換させる熱交換器８とを備えている。燃料分留通路４は、燃料通路としての燃料加熱通路９と、燃料加熱通路９の下流に接続される気液分離通路１０とを備えている。燃料加熱通路９は、排気通路２を流れる排気によって供給された原料燃料が加熱可能なように排気通路２内に配置され、原料燃料を目標温度（例えば２００〜２５０℃）に加熱する。図１に示したように燃料加熱通路９は複数（図１では２本）設けられており、燃料加熱通路９の直径ｄ１は気液分離通路１０の直径ｄ２よりも細く設定される（図２参照）。気液分離通路１０は、燃料加熱通路９で加熱された燃料を気相燃料と液相燃料とに分離させる。図２は燃料加熱通路９と気液分離通路１０との接続部を拡大して示している。なお、燃料分留通路４内において燃料は図２に矢印Ｆ方向に流れている。図２に示したように各燃料加熱通路９には、その内部が原料燃料Ａで満たされるように原料燃料Ａが供給される。一方、気液分離通路１０は、流量調整弁７が調整可能な流量の最大値（最大流量）で燃料が供給された場合においても分留された液相燃料Ｃで通路内が満たされることがないように直径ｄ２が設定される。このように直径ｄ２を設定して、気液分離通路１０内の液相燃料Ｃの流れの上に空間を設ける。この空間には、液相燃料Ｃから分離した気相燃料Ｂを集めることができるので、気液分離通路１０内に気相燃料Ｂの流れと液相燃料Ｃの流れを上下にそれぞれ形成させることができる。このように気相と液相の流れを形成させることで、分岐点５ａにおいて気相燃料は気相通路６に、液相燃料は液相通路７にそれぞれ導くことができる。

燃料加熱通路９の直径ｄ１を気液分離通路１０の直径ｄ２よりも細くし、各燃料加熱通路９内が原料燃料で満たされるように原料燃料が供給されることで、燃料加熱通路９と原料燃料Ａとの接触割合を増加させることができる。そのため、原料燃料の加熱効率を向上させることができる。また、燃料加熱通路９の直径ｄ１を気液分離通路１０の直径ｄ２よりも細くしたので、気液分離通路１０よりも燃料加熱通路９の断面積を小さくして燃料加熱通路９の配置の自由度を向上させることができる。一方、気液分離通路１０は燃料加熱通路９よりも太く、上下方向に広いため、気相燃料と液相燃料とを確実に分離させ、気相燃料Ｂの流れと液相燃料Ｃの流れをそれぞれ上下に形成させることができる。そのため、分岐点５ａにおいて気相燃料を気相通路５に、液相燃料を液相通路６にそれぞれ確実に導くことができる。

燃料加熱通路９は、排気通路２にまとまって配置されていなくてもよい。原料燃料の加熱効率が向上するように適宜配置位置を設定してよい。また、燃料加熱通路９は、排気通路２内に配置されていなくてもよい。原料燃料と排気熱とを熱交換可能なように配置されていればよい。このように配置位置を適宜設定することで、燃料加熱通路９の配置の自由度をさらに向上させることができる。

図３は、燃料分留通路４の他の実施例を示している。図３（ａ）に示した実施例では、燃料加熱通路９が排気通路２の表面に並べて配置され、カバー１１によって覆われている。このように燃料加熱通路９を並べて配置する位置としては、例えば排気マニホールド２ａの表面が設定される。カバー１１は、燃料加熱通路９を保護している。このように、燃料加熱通路９を排気マニホールド２ａの表面に配置することで、排気ガスよりも熱量の大きい排気マニホールド２ａによって原料燃料を安定に熱を供給することができる。

燃料加熱通路９は、同一の気液分離通路１０に対して複数設けられていなくてもよい。例えば、最大流量の燃料が供給された場合でも原料燃料を目標温度まで加熱可能であれば、図３（ｂ）に示したように一本の気液分離通路１０に対して一本の燃料加熱通路９が接続されていてもよい。燃料加熱通路９の直径ｄ１は、気液分離通路１０の直径ｄ２よりも細く設定される。このように一本の燃料加熱通路９に対して一本の気液分離通路１０を接続させ、燃料分留通路４の下流の方を上流よりも上下方向に広くする。このように燃料加熱通路９を一本にすることで、配置の自由度をさらに向上させることができる。

燃料分留通路４は、単一の管材の一端側を他端側よりも偏平になるように押し潰して形成されていてもよい。この場合、一端側に燃料加熱通路９が、他端側に気液分離通路１０が設けられる。このように形成された燃料分留通路４の燃料加熱通路９の断面の一例を図３（ｃ）に、気液分離通路１０の断面の一例を図３（ｄ）に示す。この実施例における気液分離通路１０は、図３（ｄ）に示したように左右方向から上下に偏平（縦長の楕円）になるように押し潰されている。このように燃料加熱通路９を左右に偏平（横長の楕円）にして直径ｄ１を鉛直方向に短くすることで、原料燃料Ａと燃料加熱通路９との接触面積を増加させることができる。また、このような燃料加熱通路９を排気マニホールド２ａの表面に配置することにより、燃料加熱通路９と排気マニホールド２ａとの接触面積を増加させるとともに排気マニホールド２ａからの燃料加熱通路９の突出を抑えることができる。一方、上下方向に偏平な気液分離通路１０の直径ｄ２は鉛直方向に長いので、気液分離通路１０内において液相燃料Ｃの流れの上側に気相燃料Ｂを集めるための空間を設けることができる。そのため、気相燃料Ｂと液相燃料Ｃとを確実に分離させることができる。なお、気液分離通路１０の断面は上下方向に偏平に加工されていなくてもよい。このように燃料加熱通路９の断面形状を設定することで、原料燃料Ａと燃料加熱通路９との接触面積を増加させつつ気液分離通路１０で気相燃料と液相燃料とを確実に分離させることができる。また、このような燃料分留通路４は単一の管材のうち燃料加熱通路９に相当する一端側の部分を上下方向に押し潰すことによって製造することができる。そのため、燃料加熱通路９と気液分離通路１０とを接続させる工程を無くすことができる。

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。燃料加熱通路及び気液分離通路の配置位置、本数及び直径などは、排気通路の形状やエンジンの搭載スペースなどに応じて適宜設定してよい。このように燃料加熱通路及び気液分離通路の配置位置、本数及び直径などを適宜設定することにより、燃料加熱通路及び気液分離通路の配置の自由度をさらに向上させることができる。

燃料加熱通路は、内部が完全に原料燃料で満たされていなくてもよい。燃料加熱通路には、燃料加熱通路と原料燃料との接触面積が増加するように、燃料加熱通路の断面の殆どが原料燃料で占められるように、原料燃料が供給されていればよい。

本発明の燃料分留装置が組み込まれたディーゼルエンジンの要部を示す図。燃料加熱通路と気液分離通路との接続部を拡大して示す図。燃料分留通路の他の実施例を示す図。

符号の説明

１ディーゼルエンジン（内燃機関）
３燃料分留装置
４燃料分留通路
９燃料加熱通路（燃料通路）
１０気液分離通路

Claims

内燃機関の燃料供給系統に接続され、燃料を流通させるとともに気相燃料と液相燃料とに分留する燃料分留通路を備えた内燃機関の燃料分留装置において、
前記燃料分留通路は、燃料の流れ方向の下流の方が上流よりも上下方向に広く、
前記燃料分留通路は、燃料通路と、前記燃料通路の下流に接続される気液分離通路と、を備え、
前記燃料通路よりも前記気液分離通路の方が上下方向に広く、
単一の管材の一端側を他端側よりも偏平になるように上下方向に押し潰して前記一端側に前記燃料通路を、前記他端側に前記気液分離通路をそれぞれ設けた、
ことを特徴とする内燃機関の燃料分留装置。