JP5581756B2

JP5581756B2 - 燃料供給システム

Info

Publication number: JP5581756B2
Application number: JP2010061814A
Authority: JP
Inventors: 明志知
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2010-03-18
Filing date: 2010-03-18
Publication date: 2014-09-03
Anticipated expiration: 2030-03-18
Also published as: JP2011196201A

Description

本発明は、燃料の硫黄を低減する燃料供給システムに関する。

ガソリンエンジン、ディーゼルエンジンなどの内燃機関では、ガソリン、軽油などの燃料を燃焼させて、エネルギーを得る。ここで、このような燃料には硫黄が含まれており、排ガス中にも硫黄が含まれることになる。

一方、内燃機関の排ガスには、各種の有害物質（窒素酸化物ＮＯｘ、炭化水素ＨＣ、一酸化炭素ＣＯ、粒子状物質ＰＭ）が含まれており、これらを除去するために、排ガス浄化装置が設けられる。

このような排ガス浄化装置では、ＮＯｘを除去するために、ＮＯｘ吸蔵還元触媒を用いるが、このＮＯｘ吸蔵還元触媒は、硫黄分により被毒する。そこで、硫黄被毒の度合いに応じて硫黄被毒再生を行うことが提案されている。

特開２００３−６５０４１号公報特開２００８−２８６０４２号公報特開２００７−５２９６８７号公報

ここで、通常の硫黄被毒再生処理は、高温還元雰囲気に触媒を保持する必要があるため、燃費悪化を招き、また触媒が劣化するという問題がある。

本発明は、給油口から供給される燃料を貯留するサブ燃料タンクと、サブ燃料タンク内の燃料の硫黄濃度を低減する硫黄除去装置と、サブ燃料タンクから供給される硫黄濃度が低減された燃料を貯留するメイン燃料タンクと、を有し、メイン燃料タンク内の燃料をエンジンに供給することを特徴とする。

また、前記メイン燃料タンク内の燃料を併記の空燃比制御のために排ガス管に供給することが好適である。

また、前記給油口から供給される燃料の硫黄濃度を計測し、その計測結果に応じて前記硫黄除去装置の運転を制御することが好適である。

本発明によれば、エンジンに供給する燃料中の硫黄濃度を確実に低減でき、排ガス浄化装置の硫黄被毒を抑制することができる。

実施形態に係るシステムの全体構成を示す図である。他の実施形態の構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。

図１は、実施形態の構成を示す図である。給油口１０から燃料が配管１２に供給される。この配管１２には、切替弁１４、硫黄濃度計１６、切替弁１８が設けられ、他端は、メイン燃料タンク２０に開放されている。

切替弁１８には、硫黄除去装置２２を介し、サブ燃料タンク２４に開放される配管２６が接続されている。サブ燃料タンク２４内には、サブ燃料ポンプ２８が設置されている。このサブ燃料ポンプ２８の吐出口には、配管３０が接続され、この配管３０の他端が切替弁１４に接続されている。

給油口１０から新しい燃料を補給する場合には、切替弁１４が配管１２内の燃料をそのまま通過するように設定し、切替弁１８が燃料を硫黄除去装置２２側に流すように切り換える。これによって、給油口１０からの燃料は、硫黄濃度計１６において硫黄濃度が計測された後、硫黄除去装置２２において硫黄分が除去されてサブ燃料タンク２４に導入される。

このようにして、給油口１０からサブ燃料タンク２４への燃料導入が終わった場合には、切替弁１４を配管３０側から硫黄濃度計１６の方に燃料が供給されるように切り換える。そして、サブ燃料ポンプ２８を駆動すると、サブ燃料タンク２４内の燃料は、硫黄濃度計１６にて硫黄濃度が計測された後、硫黄除去装置２２において硫黄分が除去されて、サブ燃料タンク２４に戻る。このようにして、硫黄濃度が所定値以下になるまで、この処理を繰り返す。なお、最初から硫黄濃度が所定値以下の場合にはこの処理は不要となる。

次に、切替弁１８を切り換え、サブ燃料ポンプ２８を駆動することで、サブ燃料タンク２４内の燃料が硫黄濃度計１６で濃度計測された後、メイン燃料タンク２０に導入される。この場合、硫黄濃度計１６において、硫黄濃度が所定値以下であることを確認しながら、メイン燃料タンク２０への燃料の導入を行う。なお、給油口１０から供給する燃料の硫黄濃度が所定値以下の場合には、切替弁１４，１８を切り換えて、給油口１０からの燃料が配管１２を介し直接メイン燃料タンク２０に導入されるようにしてもよい。

このようにして、硫黄濃度が所定値以上の場合には、硫黄除去装置２２による硫黄の除去が行われ、メイン燃料タンク２０に導入される燃料は硫黄濃度が所定値以下のものに確実に制御することが可能になる。

メイン燃料タンク２０内には、メイン燃料ポンプ３２が設けられており、このメイン燃料ポンプ３２の吐出口には配管３４が接続され、この配管３４の他端にはコモンレール３６が接続されている。このコモンレール３６には、配管３８を介し、燃料噴射弁４０が接続されている。この燃料噴射弁４０は、エンジン４２の各気筒４４に対応して設けられており、コモンレール３６から供給される燃料を所定のタイミングで対応する気筒内にそれぞれ噴射する。また、各燃料噴射弁４０、コモンレール３６には、配管４６が接続され、これによって燃料の一部がメイン燃料タンク２０に返送されるようになっている。すなわち、コモンレール３６内は所定の高圧状態になっており、燃料噴射弁４０を各気筒での燃料噴射タイミングで開くことによって該気筒内に燃料が噴射され、エンジン４２が駆動され、出力軸から回転エネルギーが出力される。

また、メイン燃料ポンプ３２からの配管３４には、分岐する配管４８が接続され、この配管４８には、燃料噴射弁５０が接続されている。この燃料噴射弁５０は、エンジン４２の排ガス管５２内の排ガス浄化装置５４の手前に配置されている。排ガス浄化装置５４は、内部に排ガス浄化触媒を有するもので、エンジン排ガス中の有害物質を除去するが、その前段の排ガス中に燃料を噴射することで、排ガス中の空燃費を所定のものとして、排ガス浄化装置５４の機能を十分なものに維持する。

本実施形態では、エンジン４２の各気筒４４に供給する燃料が硫黄が低濃度に維持されたメイン燃料タンク２０内の燃料であるため排ガス中の硫黄分が少なく、さらに燃料噴射弁５０に供給する燃料もメイン燃料タンク２０内の燃料であるため、排ガス浄化装置５４の排ガス浄化触媒の硫黄被毒を大幅に抑制することができる。

なお、サブ燃料タンク２４、メイン燃料タンク２０には、レベルセンサ５６，５８がそれぞれ設けられ、サブ燃料タンク２４内の燃料残量は、常時表示しておくことが好適であり、所定値以下になった場合に計測表示することが好ましい。また、メイン燃料タンク２０の燃料が所定値以下になった場合には、サブ燃料タンク２４内の燃料を自動的に所定量移送することが好適である。

なお、硫黄濃度計１６、レベルセンサ５６，５８の検出値や、給油口１０からの燃料投入などの信号は、制御装置に供給され、制御装置が切替弁１４，１８の切り換えやサブ燃料ポンプ２８の駆動を制御する。また、燃料噴射弁４０，５０やメイン燃料ポンプ３２の制御は、エンジン制御用の別の制御装置によって行われる。

ここで、硫黄除去装置２２は、燃料中に含有される硫黄分を除去できる装置であればどのようなものでもよい。例えば、吸着剤を用いた吸着脱硫装置や、オゾン、過酸化物、過酸化水素、光酸化などを利用する酸化脱硫装置などが挙げられる。中でも、吸着剤による脱硫装置は、運転におけるエネルギー消費が小さく、装置もコンパクトにできることから好ましい。燃料中の硫黄分を吸着除去可能な吸着剤としては、多孔体（ゼオライト、メソポーラスシリカ多孔体（ＦＳＭ）、酸性白土、活性炭など）、金属酸化物（活性アルミナ、酸化チタン、酸化ニッケル、酸化マンガン、過マンガン酸カリウム、硫酸マンガン、酸化バナジウム、酸化コバルトなど）、金属（白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、銀、ニッケルなど）などを使用することができる。また、これらの吸着剤を２種類以上組み合わせて使用することもできる。

また、排ガス浄化装置５４において使用される排ガス浄化触媒としては、ＮＯｘ吸蔵還元触媒（ＮＳＲ）、選択還元触媒（ＳＣＲ）、酸化触媒、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）、三元触媒などが挙げられる。特に、硫黄被毒の影響が大きい触媒において、本実施形態の硫黄分の少ない燃料を使うことの効果が大きい。

硫黄濃度計１６は、燃料中の硫黄濃度が計測できれば、どのようなものでもよく、波長分散蛍光Ｘ線分析計など公知のものが適宜採用される。

本実施形態によれば、硫黄が確実に低濃度に維持された燃料をエンジン燃焼用の燃料として用いることができるため排ガス中の硫黄分を大幅に減少させることができる。従って、排ガス浄化触媒の硫黄被毒を大幅に抑制して、排ガス浄化性能を大幅に向上できる。また、排ガス浄化触媒の硫黄被毒を解除するための触媒再生の頻度を減少して、触媒再生に必要なエネルギーを減少することができる。

さらに、排ガス浄化装置５４の上流側に硫黄低濃度燃料を供給する燃料噴射弁５０を備えているため、排ガスの空燃費制御に燃料を添加しても、排ガス浄化触媒の硫黄被毒を抑制することができる。

特に本実施形態では、燃料を貯留するタンクを２つに分け、メイン燃料タンク２０に貯留する燃料は硫黄を低濃度にしたものに限定することができる。このため、エンジン４２、排ガス管５２に供給する燃料を低硫黄濃度のものにすることができる。また、燃料の硫黄濃度を計測しているため、継続使用による硫黄の使用量を正確に推定することができ、排ガス浄化触媒の再生を適切なタイミングで行うことができる。また、サブ燃料タンク２４内の燃料を何度も硫黄除去装置２２に循環することができるため、確実に燃料中の硫黄分を低減することが可能となる。さらに、サブ燃料タンク２４内の燃料中の硫黄濃度が所定値以下になれば、硫黄除去装置２２の運転を停止するため、硫黄除去装置２２の過度の運転によるエネルギー消費を抑え、硫黄除去装置２２の寿命を延ばすことが可能になる。

また、硫黄除去装置２２の位置は、他の場所でもかまわない。例えば、図２に示すように、サブ燃料ポンプ２８の吐出側の配管３０に硫黄除去装置２２を設けてもよい。この場合、給油口１０からの燃料は一旦サブ燃料タンク２４に導入され、サブ燃料ポンプ２８を駆動して、サブ燃料タンク２４内の燃料を硫黄除去装置２２に循環することで燃料中の硫黄分を除去できる。さらに、硫黄濃度計１６によりサブ燃料タンク２４内の燃料中の硫黄濃度を計測してもよい。また、サブ燃料タンク２４への燃料の導入経路、排出経路と、硫黄除去装置２２による燃料中の硫黄分の除去経路とを独立にしてもよい。いずれにしても、サブ燃料タンク２４内の燃料中の硫黄濃度を所定の低濃度にして、その後硫黄低濃度燃料をメイン燃料タンク２０に導入することで、エンジン４２に導入する燃料中の硫黄濃度を確実に低濃度に維持することができる。

１０給油口、１２，２６，３０，３４，３８，４６，４８配管、１４，１８切替弁、１６硫黄濃度計、２０メイン燃料タンク、２２硫黄除去装置、２４サブ燃料タンク、２８サブ燃料ポンプ、３２メイン燃料ポンプ、３６コモンレール、４０，５０燃料噴射弁、４２エンジン、４４気筒、５２排ガス管、５４排ガス浄化装置、５６，５８レベルセンサ。

Claims

給油口から供給される燃料を貯留するサブ燃料タンクと、
サブ燃料タンク内の燃料の硫黄濃度を低減する硫黄除去装置と、
サブ燃料タンクから供給される硫黄濃度が低減された燃料を貯留するメイン燃料タンクと、
前記サブ燃料タンク内の燃料を前記硫黄除去装置を介して前記サブ燃料タンク内に戻す循環手段と、
を有し、
前記循環手段による前記硫黄除去装置を介する循環によって硫黄濃度が低減された前記サブ燃料タンク内の燃料を前記メイン燃料タンクに供給し、前記メイン燃料タンク内の燃料をエンジンに供給することを特徴とする燃料供給システム。
請求項１に記載の燃料供給システムであって、
前記メイン燃料タンク内の燃料を排ガスの空燃比制御のために排ガス管に供給することを特徴とする燃料供給システム。
請求項１または２に記載の燃料供給システムであって、
さらに、
前記給油口から供給される燃料の硫黄濃度を計測する硫黄濃度計を有し、
前記循環手段により循環される燃料も前記硫黄濃度計を通ることで、循環している燃料の硫黄濃度を前記硫黄濃度計によって計測することを特徴とする燃料供給システム。
請求項３に記載の燃料供給システムであって、
前記硫黄濃度計の後段に前記給油口から供給される燃料をサブ燃料タンクまたはメイン燃料タンクのいずれに供給するかを切り換える切り換え手段を有し、
前記給油口から供給される燃料の硫黄濃度が所定値以下の場合には、前記給油口から供給される燃料をサブ燃料タンクに導入せず、直接メイン燃料タンクに導入することを特徴とする燃料供給システム。