JP4633733B2 - 内燃エンジン用の燃料システム - Google Patents

Description

本発明は、内燃エンジンへの液体燃料の供給に関する。

本発明は特に、かかるエンジン向きの燃料システムに関し、この燃料システムは、揮発性液体燃料が供給されるエンジン並びに例えば国や地域によってはディーゼル油又は陸上車両用ガスオイル又はガゾール（gazol）という用語で呼ばれることがある重質液体燃料が供給されるエンジン用のものであることが可能である。本発明は又、かかるシステムを製造する方法に関する。

環境保護を促進するという要望により、世界の多くの地域の国内機関及び国際機関は、多くの技術分野、特に自動車輸送機関の技術分野において、大気汚染物質の放出に関して法的規制を強化している。したがって、自動車製造業者は、（特に、ディーゼルエンジンに関する）パーティキュレート、及び或る汚染ガス（ＮＯ_x、ＣＯ等）の放出量を減少させる目的で研究を行っている。これら研究プロジェクトの結果として、特に、燃料、エンジン、排気ガス等に、或る特定の添加剤（例えば、幾分かの金属塩、尿素、アンモニア、カルバメート等）が添加が行われるようになった。

ディーゼルエンジンで駆動される車両の場合、自動車製造業者は、これら車両に排気系統中に配置され、大気中への燃焼ガスを濾過するパテキュレートフィルタを装備することにより粒子の放出の問題に対する解決策を提案した。これらパテキュレートフィルタの濾過能力を再生させるため、定期的に、フィルタを部分的に塞いでいる粒子を焼き落とすことが必要である。パテキュレートフィルタを再生させる定期的サイクルを自動化するために、これら粒子の燃焼温度を下げる手段を見いだし、この燃焼温度が、エンジンそれ自体の燃焼パラメータの適当な一時的な調節によって、排気ガスで得ることができる最も高い温度と両立できるようにすることが必要であった。排気ガス中の固体粒子の燃焼温度をエンジン内の燃焼及び粒子の完全除去と両立できる温度レベルまで減少させることができるように、必要に応じて、或る量の化学的燃焼添加剤を用いることが認識された。燃料リザーバの容量と比較して僅かな容量の液体添加剤リザーバが、ディーゼル自動車の燃料リザーバ上、燃料リザーバ内、または燃料リザーバの近くに配置することができるように設計されてきた。

したがって、独国特許出願第１０，１１２，３６１号明細書は、サドルの形態をした燃料リザーバを開示しており、このリザーバは、内部に、リザーバの異なる部分内の燃料レベルをバランスさせるの機能を有するポンプの近くに配置された添加剤リザーバを備えている。このシステムは、コンパクトであるが、添加剤のためのリザーバを別個に製造し、次に燃料リザーバの内部に固定しなければならないという欠点を有する。さらに、このシステムは、燃料リザーバそれ自体内に計量しながら供給されなければならない添加剤に限定される。

このような理由から、本発明の目的は、軽質の揮発性炭化水素で作動するエンジン用の供給システムの製造、及び、重質炭化水素で作動するエンジン用の供給システムの製造に等しく適し、添加剤を、燃料リザーバそれ自体の内部だけでなく、燃料システムの他の部分、エンジン又は排気系等の中に計量供給することができるようにするコンパクトであるが汎用の燃料システムを提供することである。

したがって、本発明は、液体燃料で作動する内燃エンジン用の燃料システムであって、前記液体燃料向けの燃料リザーバ及び添加剤リザーバを有する燃料システムにおいて、前記添加剤リザーバは、前記燃料リザーバの壁の凹状の凹部に形成されたチャンバを有する燃料システムに関する。

本明細書においては、燃料システムは、自動車又は定置発電装置に組み込まれるように構成され、ヒートエンジン（熱機関）に供給される燃料を貯蔵、浄化、測定、又は輸送するという主な機能を有するコンパートメントの組立体である。自動車両は、自動車（例えば、自動車、トラック、オートバイ、川船、外航船又は飛行機）又は軌道用車両（例えば、鉄道機関車）である。定置発電設備は、例えば、発電ユニットのモータ又は工作機械用モータである。

燃料は、内燃エンジンへの供給に適した炭化水素を指す。

「液体炭化水素」という表現は、エンジンのための通常の使用条件下においては、燃料システムの燃料リザーバ内で液体の状態で存在する炭化水素を指す。

「揮発性液体炭化水素」という表現は、飽和蒸気圧が２９３Ｋ（２０℃）で１バールよりも高い（上述の定義による）液体炭化水素を指す。自動車のヒートエンジンへの給油のために通常用いられる揮発性液体炭化水素は、「ガソリン」という名称で市販されていて、いわゆる「爆発」型火花着火ヒートエンジン向けのものである。

「重質液体炭化水素」という表現は、飽和蒸気圧が２９３Ｋ（２０℃）で１バール未満の液体炭化水素を指す。自動車のヒートエンジンへの給油のために通常用いられる重質液体炭化水素は、「ガスオイル（軽油）」又は「ガゾール（gazol）」という名称で市販されているものであり、ディーゼルサイクルで作動する圧縮着火ヒートエンジン向けのものである。

本発明によれば、添加剤リザーバは、燃料リザーバと一体の状態（ワンピース）で製造され、組立体は、以下の説明においては「リザーバ」という一般的な用語で表されている。このリザーバは、収容する液体炭化水素の各々に適合する材料であればどの材料で作ってもよい。この材料は、それと同時に、揮発性液体炭化水素及び重質液体炭化水素に対して使用に関して通常の圧力及び温度状態で化学的に不活性でなければならない。リザーバは、プラスチック又は金属で作られたものであるのがよい。プラスチックは、本発明の関連においては良好な結果をもたらす。

リザーバは、任意適当な手段で製造することができる。本発明の好ましい実施形態では、リザーバは、成形（モールディング）で製造される。本発明のこの好ましい実施形態では、リザーバの材料は、成形による製造を可能にする材料の中から選択されなければならない。熱可塑性材料は、この目的に好適である。熱可塑性材料は、熱可塑性ポリマーを指し、このような熱可塑性ポリマーとしては、熱可塑性エラストマー並びにこれらの混合物が挙げられる。「ポリマー」という用語は、ホモポリマー並びにコポリマー（特に、二元又は三元）を指している。このようなコポリマーの例は、ランダム分布コポリマー、序列コポリマー、ブロックコポリマー、及びグラフトコポリマーであるが、これらには限定されない。融点が分解温度よりも低い熱可塑性ポリマー又はコポリマーであればどのタイプでも適している。融点範囲が、少なくとも摂氏１０℃にわたる合成熱可塑性材料が最適である。このような材料の例としては、これらの分子量が多分散状態にあるものが存在する。特に、ポリオレフィン、ポリハロゲン化ビニル、熱可塑性ポリエステル、ポリケトン、ポリアミド及びこれらのコポリマーを使用するのがよい。ポリマー又はコポリマーの混合物並びに無機、有機及び（又は）天然充填剤入りポリマー材料の混合物も又使用でき、かかる充填剤としては、炭素、無機塩又は他の誘導体、天然繊維、ガラス繊維及びポリマー繊維が挙げられるが、これらには限定されない。また、上述のポリマー又はコポリマーのうちの少なくとも１種類で構成された積み重ね状態の一体層から成る多層構造を用いることが可能である。ポリハロゲン化ビニル及びポリオレフィンが一般的に好ましい。用いられることが多いポリマーは、ポリエチレンである。高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）で優れた結果が得られた。

本発明のシステムのリザーバは一般に、燃料リザーバ内への液体燃料の導入する燃料供給管に連結される。この管は、別個に製造され、次にリザーバに付加され、任意適当な手段、例えば、溶接又は接着によってリザーバに取り付けられる。好ましくは、本発明によれば、燃料供給管は、リザーバと一体品の状態（ワンピース）で成形される。

本発明によれば、リザーバの壁には凹部が設けられ、この凹部は、リザーバの外側に向いたフェースに凹状に設けられている。凹部の形状は、本発明を特定するうえで重要ではない。この凹部は、湾曲した形状（例えば、球又は卵形の一部の形状）、円錐形又は切頭円錐形、或いは多面体形状のものであっても等しく良好である。凹部に湾曲した形状を与えることが好ましく、これは、規則的なものであっても、不規則なものであってもよい。

本発明によれば、この凹状の凹部には、添加剤リザーバの一体部分をなすチャンバが形成される。このチャンバは、好ましくはインジェクタポンプに連結されたインジェクタを備え、添加剤を投与する場所（リザーバ、エンジン、排気系等）に設けられる計量システムを備えるのが有利である。インジェクタ及びインジェクタポンプを各々、凹部の内側又はこの凹部の外側に設けてもよい。計量システムは、例えば本出願人名義の仏国特許出願公開第０３２０８８０．８号明細書に記載されているシリンジポンプを含むのが好ましい。

燃料に添加剤を添加しようとする場合、添加剤リザーバのチャンバは、これを貫通して設けられた開口部によって燃料リザーバと連通している。この場合、チャンバは、チャンバから開口部を通ってリザーバ内に供給される添加剤を計量するシステムを有するのが好ましく、この計量システムは、ポンプ及び前記開口部を貫通したインジェクタを有するのが有利である。

計量システムが添加剤を燃料リザーバ内へ配分する機能を有する場合、この計量システムは、例えば、エンジンによる燃料の瞬間消費量の数学的関数（通常、比例関数であるが、必ずしもそうではない）である量の添加剤を添加する。この量は一般に、搭載型コンピュータ又は専用計算機により計算される。変形例として、計量を、給油中に給油された燃料の量に応じて給油直後に１度行ってもよい。この場合、コンピュータ又は計算機には、給油システムの開閉を検出する装置に接続されるのが有利である。かかる装置は、可動部品（厳密に言えば、ストッパ又は任意他の手動又は自動閉鎖システム）に連結され、その開放位置と閉鎖位置との間で極性を変える電磁石から成るのがよい。極性の状態の差が、搭載型コンピュータによって検出され、この搭載型コンピュータは、このことが知らされた時点で、リザーバの内容物を記憶する。閉鎖状態にあるストッパの位置がコンピュータにとって停止状況に対応している場合、コンピュータは、システムが起動された時点と、システムが再び安定状態になる時点との間に導入された燃料の量の差を計算することができる。この量は、一定の添加剤濃度を維持するのに必要な計量（ストッパを閉鎖した後に行われる）を計算する基準として役立つ。

一般に、上述のチャンバは、任意の添加剤、好ましくはペースト状又は液体状の添加剤を入れるリザーバとして役立つようになっており、かかる添加剤は、上述したように、燃料に直接添加されるようになっているのがよいが、エンジン又は排気ガス等の中へ導入されるようにもなっていてよい。本発明のシステムがディーゼルエンジン向けの場合、添加剤は、炭化水素溶剤中に溶け、圧縮着火エンジン内でのディーゼル油の不完全燃焼により生じた炭素質固体粒子の低温燃焼のための触媒の組成物を含むのが有利である。この変形例に適した液体添加剤の例は、炭化水素溶液中に溶けた鉄塩及びセリウム塩である。

添加剤リザーバのチャンバは、任意の形状の蓋で閉鎖される有利である。一般に、蓋は、凹部の周囲に固定されるように構成されたプレートから成る。蓋の構成材料は、本発明を特定するうえで重要ではない。実際には、蓋は、これが内燃エンジンの燃料システムが通常の使用中に通常受ける化学的及び機械的応力に耐えることができるようにする材料で作られるべきである。この蓋は、例えば、金属又は合成樹脂で作られたものであるのがよい。合成樹脂の場合、燃料リザーバと同一のものであるのが有利である。変形例では、添加剤を計量供給する装置（例えば、インジェクタポンプ）が、この蓋に固定されると共に蓋を漏止め状態で貫通する少なくとも１つの電気導体に接続される。この導体の目的は、この装置に電気を供給することにある。この導体がマルチチャネル導体である場合、かかる導体は又、計量供給装置をエンジン管理計算機又は任意他の制御コンポーネントに接続するのがよいが、このようにするかどうかは任意である。蓋は、チャンバに気密的に封着されなければならない。これは、任意適当な手段によって達成でき、取外し可能なタイプのものであってもよく、取外し不能なタイプのものであってもよい。本発明のシステムに用いることができる取付け手段は、溶接、接着及び圧着を含む。変形例として、蓋は、凹部の周囲のねじ山付き円形ゾーンにねじ止めされる円形蓋である。

本発明のシステムは、添加剤をチャンバ内へ導入する充填装置を更に有するのが有利である。この充填装置は、燃料リザーバの充填管と連通できるか、この充填管内に出てくることができるかのいずれかの充填管から成っていてもよく、或いは、これとは別個独立のものであってもよい。本発明の有利な実施形態によれば、燃料リザーバの充填管と添加剤リザーバの充填管は、互いに連通状態にあり、添加剤リザーバの充填管は、燃料リザーバの給油管内に出てくる。

本発明のシステムは又有利には、これ又好ましくは主燃料リザーバの給油管内で終端し、添加剤リザーバを脱ガスする管を有し、更に、燃料を小出しするノズルを案内するオリフィスを有する。この添加剤リザーバが充填されている期間は別として、充填管及び脱ガス管の端部に共通のストッパが、これら管を多かれ少なかれ漏止め状態で閉鎖できるのが有利である。

本発明の添加剤システムのこの有利な形態では、添加剤リザーバを脱ガスする管の上部には、充填管を介する添加剤の補充プロセスの終わりにオーバーフロー状態をオペレータに視覚的に表示する手段を設けるのがよい。これら手段は、例えば、脱ガス管内に配置され、リザーバが添加剤で一杯になってこのパイプを通ってオーバーフローしそうになるや否や、この管の上方オリフィスまで上昇するフロートから成るのがよい。

最後に、本発明のこの変形例の脱ガス管は好ましくは、過剰圧力及び減少圧力安全システムを備える。このシステムの目的は特に、充填中、添加剤リザーバ内に存在する空気を除去すること（過剰圧力安全策）及び車両の作動中、次第に消費される添加剤を空気で置き換えること（減少圧力安全策）ができることにある。有利には、このシステムは、所与の圧力しきい値（例えば、１２０ミリバールを超える圧力）を超えた場合にのみ開く弁を有し、これは、添加剤の漏れ及び液体、ダスト等の望ましくない混入を阻止することを目的とする。

本発明は又、上述したような燃料システムの製造方法であって、
前記燃料のためのリザーバを製造する工程であって、該リザーバの壁は、その外側面の凹面である凹部を有するリザーバを製造する工程と、
蓋を製造する工程と、
前記蓋を前記凹状の凹部の周縁部に気密的に取り付けてチャンバを形成する工程と、
添加剤を蓋の取付け前又は取付け後に前記チャンバ内に導入する工程と、
前記チャンバを、前記チャンバ内に前記添加剤を導入する前又は後に、前記添加剤を計量するシステムに連結する工程と、を備えている方法に関する。

この方法では、用いられる用語は、燃料システムを説明するために上記において用いた用語と同じ意味を有する。好ましくは、リザーバ及び蓋が、例えば上述したようにプラスチックで作られ、特に好ましい態様では、リザーバ及び蓋を成形により製造できるようにする熱可塑性樹脂で作られる。適当な成形法であればどのタイプを採用してもよい。リザーバの製造にとってはインフレーション成形法による成形及びインジェクションブロー成形法による成形が特に推奨され、特に、インフレーション成形法による成形が好ましい。蓋に関しては、これは好ましくは、射出成形される。

本発明の特定の特徴及び細部は、添付の図に関する以下の説明から明らかになる。

この図（縮尺通りには示されていない）は、重質炭化水素、例えばガスオイル又はディーゼル油で作動する内燃エンジン用の燃料システムの断面図である。

この図に示された燃料システムは特に、圧縮着火型の内燃エンジン（「ディーゼルエンジン」と呼ばれる場合がある）を搭載した車両向けのものである。この燃料システムは、ポリエチレンで作られた燃料リザーバを有し、この燃料リザーバの壁１は、チャンバ４を構成するプレート３で覆われた凹部２を有している。チャンバ４は、重質炭化水素用の液体添加剤のリザーバとして機能し、この添加剤は、エンジンチャンバ内での重質炭化水素の燃焼中に生じる炭素質粒子又はダストを燃焼させるための触媒を含む。チャンバ４は、プレート３に取り付けられていて、液体添加剤（図示せず）中に浸漬された電気噴射ポンプ５を有する計量システムによってリザーバに連結されている。パイプ６が、プレート３を通ってポンプ５をインジェクタ７に連結しており、このインジェクタは、開口部（図示せず）を通ってリザーバ１の壁を貫通している。ポンプ５には、プレート３を漏止め状態で貫通した電気導体８によって電気が供給される。プレート３の開口部（図示せず）内に出てきたパイプ９が、チャンバ４を添加剤で充填するための管として働く。第２のパイプ１０が、添加剤リザーバを充填しているときに、添加剤リザーバを脱ガスするための管として働く。これら２本の管は、内燃エンジンが作動しているときでは通常、閉鎖されている。

重質炭化水素、例えばガスオイル又はディーゼル油で作動する内燃エンジン用の燃料システムの断面図である。

Claims (10)

1. 液体燃料で作動する内燃エンジン用の燃料システムであって、前記液体燃料向けの燃料リザーバと添加剤リザーバとを有する燃料システムにおいて、
   前記添加剤リザーバは、前記燃料リザーバとワンピースで成形されており、前記燃料リザーバの壁の凹状の凹部に形成されたチャンバを有する、
   ことを特徴とする燃料システム。
2. 前記添加剤は、前記燃料に添加されるように構成されており、前記チャンバは、該チャンバを貫通して設けられた開口部を介して前記燃料リザーバと連通している、
   請求項１記載の燃料システム。
3. 前記チャンバは、前記開口部を通る前記チャンバから前記リザーバ内への添加剤を計量するシステムを有し、前記計量システムは、ポンプ及び前記開口部を貫通したインジェクタを有する、
   請求項２記載の燃料システム。
4. 前記燃料リザーバの給油直後に、前記燃料リザーバの開閉を検出できる装置に結合された搭載型コンピュータ又は計算機によって計算された量の前記添加剤が、前記燃料に添加され、
   前記コンピュータ／計算機は、給油中に給油された燃料の量を計算でき、その結果、前記添加剤を計量できる、
   請求項２又は３に記載の燃料システム。
5. 前記燃料がディーゼル油であり、前記エンジンが圧縮着火エンジンであり、
   前記添加剤が、炭化水素溶剤中に溶け、前記エンジン内でのディーゼル油の不完全燃焼により生じた炭素質固体粒子の低温燃焼のための触媒の組成物を含む、
   請求項２ないし４のいずれか１項に記載の燃料システム。
6. 前記チャンバは、前記燃料リザーバと同一の材料で作られた蓋によって閉鎖されている、
   請求項１ないし５のいずれか１項に記載の燃料システム。
7. 前記燃料システムは、前記燃料リザーバに給油する前記管内に出てきて、前記添加剤リザーバを充填する管を有する、
   請求項１ないし６のいずれか１項に記載の燃料システム。
8. 前記燃料システムは、前記燃料リザーバに給油する前記管内に出てきて、前記添加剤リザーバを脱ガスする管を有する、
   請求項１ないし７のいずれか１項に記載の燃料システム。
9. 請求項１ないし８のいずれか１項に記載の燃料システムの製造方法であって、
   前記燃料のためのリザーバであって、該リザーバの壁が、その外側面の凹面である凹部を有するリザーバを製造する工程と、
   蓋を製造する工程と、
   前記蓋を前記凹状の凹部の周縁部に気密的に取り付けてチャンバを形成する工程と、
   添加剤を蓋の取付け前又は取付け後に前記チャンバ内に導入する工程と、
   前記チャンバを、前記チャンバ内への前記添加剤の導入前又は後に、前記添加剤を計量するシステムに連結する工程とを有する、
   ことを特徴とする方法。
10. 前記リザーバ及び前記蓋は熱可塑性材料で作られ、
    前記リザーバはインフレーション成形法で作られ、
    前記蓋は射出成形法で作られる、
    請求項９に記載の方法。

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