JP5682219B2 - Ｄｍｅ自動車の燃料供給システム - Google Patents
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Description
本発明は、燃料タンク内のＤＭＥを燃料タンク内に設けられたインタンクポンプで加圧しつつエンジンに供給するＤＭＥ自動車の燃料供給システムに関するものである。
近年、ディーゼルエンジンの分野では、軽油の代替燃料としてジメチルエーテル（ＤＭＥ：ＤｉＭｅｔｈｙｌ Ｅｔｈｅｒ）を燃料とするディーゼルエンジンの開発が進められている（例えば、特許文献１参照）。ＤＭＥは、天然ガスやバイオガスから合成され、排ガスによる汚染の原因となる硫黄や窒素、芳香炭化水素等の物質を含まないことから、エンジンで燃焼しても煤等が排出されず排ガスがクリーンである。
ところで、ＤＭＥは常温で気体であるが、ＤＭＥを常温で０．５ＭＰａ程度に加圧すると液化するため、ディーゼルエンジンで使用する場合、燃料タンクには高圧ボンベを用い、また、燃料供給ライン内で燃料が気化しないように、高圧ボンベ内に設置されたインタンクポンプを用いて燃料を２．２〜２．７ＭＰａ程度に加圧してエンジンに供給している。
しかしながら、燃料タンク内のインタンクポンプの作動エネルギ源はエンジンであることから、その分が機械損失となり、燃費の悪化につながる。
一方、自動車の排ガス低減方法に、エンジンからの排気の一部を吸気に戻す方法（ＥＧＲ：Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）がある。ＥＧＲを行うことでＮＯXの排出量を低減することができるため、現在のエンジンで一般的に使用されているが、高温の排気を直接吸気すると吸気温度が上昇して、吸気充填効率の低下を招いてしまうことから、排ガスはＥＧＲクーラで一旦冷却されてから吸気に投入される。そのため、排ガスの熱の一部がＥＧＲクーラにより排熱され、その分の熱エネルギが無駄に捨てられている。
そこで、本発明の目的は、ＥＧＲクーラで捨てられている熱エネルギを利用して、燃料タンク内のインタンクポンプの仕事の補助を行い、機械損失を抑えて燃費改善を図ることができるＤＭＥ自動車の燃料供給システムを提供することにある。
この目的を達成するために創案された本発明は、燃料タンク内のＤＭＥを前記燃料タンク内に設けられたインタンクポンプで加圧しつつエンジンに供給するＤＭＥ自動車の燃料供給システムにおいて、前記燃料タンクに、前記燃料タンク内のＤＭＥを加熱する加熱装置を設け、前記燃料タンクに、前記燃料タンクと前記インタンクポンプの吐出側を結び、且つ、前記燃料タンク内の圧力で直接エンジン側にＤＭＥを供給する送液ラインを接続し、前記加熱装置に流す冷却水をＥＧＲクーラの排熱で加熱するＤＭＥ自動車の燃料供給システムである。
また、本発明は、燃料タンク内のＤＭＥを前記燃料タンク内に設けられたインタンクポンプで加圧しつつエンジンに供給するＤＭＥ自動車の燃料供給システムにおいて、前記燃料タンクに、前記燃料タンク内のＤＭＥを加熱する加熱装置を設け、前記加熱装置に流す冷却水をＥＧＲクーラの排熱で加熱し、前記ＥＧＲクーラからの冷却水を前記加熱装置に供給するための冷却水流路に、前記ＥＧＲクーラからの冷却水の供給を停止して、前記燃料タンクの過熱を防止するための過熱防止バルブを設けたＤＭＥ自動車の燃料供給システムである。
前記燃料タンクには、前記燃料タンクと前記インタンクポンプの吐出側を結び、且つ、前記燃料タンク内の圧力で直接エンジン側にＤＭＥを供給する送液ラインが接続されると良い。
前記送液ラインには、前記送液ラインを通じたＤＭＥの供給の可否を切り替える切替弁が設けられると良い。
前記加熱装置は、前記燃料タンクの周囲を覆うように設けられたウォータージャケットからなると良い。
本発明によれば、ＥＧＲクーラで捨てられている熱エネルギを利用して、燃料タンク内のインタンクポンプの仕事の補助を行い、機械損失を抑えて燃費改善を図ることができる。
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
図１は、本発明の好適な実施の形態に係るＤＭＥ自動車の燃料供給システムを示す概略図である。
図１に示すように、本実施の形態に係る燃料供給システム１０は、燃料タンク１１内のＤＭＥを燃料タンク１１内に設けられたインタンクポンプ１２で加圧しつつエンジン１３に供給するものであり、燃料タンク１１に、燃料タンク１１内のＤＭＥを加熱する加熱装置１４を設け、加熱装置１４に流す冷却水をＥＧＲクーラ１５の排熱で加熱して、インタンクポンプ１２の負荷を軽減するシステムである。
本システムを搭載するＤＭＥ自動車においては、エンジン１３からの排気の一部を吸気に戻すＥＧＲを行うことでＮＯXの排出量を低減している。この際、高温の排気を直接吸気すると吸気温度が上昇して、吸気充填効率の低下を招いてしまうことから、排ガスはＥＧＲクーラ１５で一旦冷却されてから吸気に投入される。ＥＧＲクーラ１５では、エンジン１３の冷却水の一部を分流し、冷却機構で吸収した熱をラジエータにより排熱することで排ガスを冷却する。
エンジン１３は、ＤＭＥを燃料とするディーゼルエンジンであり、自動車の駆動用として車両に搭載される。このエンジン１３は、複数気筒（図１では４気筒）のコモンレール式とされ、コモンレール１６に蓄圧したＤＭＥを噴射ノズルである各インジェクタ１７に供給するようになっている。そのため、エンジン１３には、コモンレール１６にＤＭＥを所定の圧力、例えば、６０ＭＰａ程度に加圧して圧送する高圧ポンプ１８が設けられる。
燃料タンク１１は、燃料としてのＤＭＥを液体として貯留する高圧ボンベからなり、この燃料タンク１１内には、燃料タンク１１内のＤＭＥの温度、圧力、水位等を計測するセンサや、燃料タンク１１内のＤＭＥを燃料供給ライン１９を通じてエンジン１３側の高圧ポンプ１８に供給するインタンクポンプ１２が設けられる。燃料供給ライン１９を構成する配管は、その一端が燃料タンク１１の底部を気密に貫通してインタンクポンプ１２に接続される。インタンクポンプ１２には、これを駆動する電動モータが接続される。
また、燃料タンク１１には、ＤＭＥを充填する燃料充填部、気化したＤＭＥを所定の圧力以上で大気に放出する安全弁等が設けられる。なお、燃料タンク１１内の圧力は、タンク内温度（燃料タンク１１内の温度）に対応する蒸気圧となっている（図２参照）。
ＤＭＥを高圧ポンプ１８に供給する場合、液体で供給しなければならず、高圧ポンプ１８内の燃料通路の温度が８０℃であれば、ＤＭＥをその温度の蒸気圧２．２ＭＰａよりも高い圧力にすれば、ＤＭＥの気化を防止することができる。また、高圧ポンプ１８内の燃料通路の温度が９０℃であれば、ＤＭＥをその温度の蒸気圧２．７ＭＰａよりも高い圧力にする必要がある。
ＤＭＥの圧力を調節して高圧ポンプ１８に供給するインタンクポンプ１２は、前述したように電動モータにより駆動されるが、この電動モータの動力はエンジン１３である。つまり、インタンクポンプ１２はエンジン１３を作動エネルギ源としており、エンジン１３のエネルギがその分だけ機械損失により減少するので、燃費の悪化につながっている。
本発明者は、このような事情に鑑み、燃費の悪化につながらない他の加圧手段について鋭意検討を重ねた結果、本発明に想到した。この検討の過程で、本発明者は、図２に示すような温度とＤＭＥの蒸気圧との関係に着目し、ＤＭＥの蒸気圧を加圧手段として用いるべく、ＤＭＥの蒸気圧を上昇させるためのエネルギを模索し、ＥＧＲを行う際にＥＧＲクーラ１５で無駄に捨てられている排熱の熱エネルギを利用しようと考えた。
そのために、燃料供給システム１０では、燃料タンク１１に、燃料タンク１１内のＤＭＥを加熱する加熱装置１４を設け、加熱装置１４に流す冷却水をＥＧＲクーラ１５の排熱で加熱するようにした。本実施の形態においては、燃料タンク１１の周囲に冷却水を流すための配管２０を巻き付けて加熱装置１４を構成した。
通常、ディーゼルエンジンにおけるＥＧＲクーラ１５の冷却水の温度は８０〜９０℃であり、そのときのＤＭＥの蒸気圧は２．２〜２．７ＭＰａである。これは、現在インタンクポンプ１２を用いて昇圧しいている圧力とほぼ同等であり、インタンクポンプ１２を用いずにＤＭＥを圧送するのに十分な圧力である。
この圧力でＤＭＥを圧送できるように、燃料タンク１１には、燃料タンク１１とインタンクポンプ１２の吐出側を結び、且つ、燃料タンク１１内の圧力で直接エンジン１３側にＤＭＥを供給する送液ライン２１が接続される。
送液ライン２１には、送液ライン２１を通じたＤＭＥの供給の可否を切り替える切替弁２２が設けられる。これにより、燃料流路をインタンクポンプ１２を通る経路と通らない経路とに自在に切り替えることができるようにされる。
この切り替えは、タンク内圧力（燃料タンク１１内の圧力）がＤＭＥを圧送するのに必要な圧力以上となったときに燃料流路をインタンクポンプ１２を通らない経路に切り替え、タンク内圧力がＤＭＥを圧送するのに必要な圧力未満となったときにインタンクポンプ１２を通る経路に切り替えることで行う。
タンク内圧力が必要以上に高くなるのを防止すべく、ＥＧＲクーラ１５からの冷却水を加熱装置１４に供給するための冷却水流路２３に、ＥＧＲクーラ１５からの冷却水の供給を停止して、燃料タンク１１の過熱を防止するための過熱防止バルブ２４が設けられる。
このような構成の燃料供給システム１０によれば、ＥＧＲで廃棄されているエネルギを利用することで、燃料輸送に必要なインタンクポンプ１２が不要となり、若しくはインタンクポンプ１２の仕事量が軽減でき、これまでインタンクポンプ１２の作動エネルギ源として用いられていた分の機械損失を低減できる。
なお、本実施の形態においては、燃料タンク１１の周囲に冷却水を流すための配管２０を巻き付けて加熱装置１４を構成したが、図３に示すように、燃料タンク１１の周囲を覆うようにウォータージャケット２５を設けて加熱装置１４を構成しても良い。
以上要するに、本発明によれば、ＥＧＲで捨てられているエネルギを使用して燃料タンク１１を暖め、ＤＭＥの温度を上昇させることでタンク内圧力を上昇させ、燃料タンク１１内のインタンクポンプ１２の仕事の補助を行い、機械損失を抑えて燃費改善を図ることができる。
１０ ＤＭＥ自動車の燃料供給システム
１１ 燃料タンク
１２ インタンクポンプ
１３ エンジン
１４ 加熱装置
１５ ＥＧＲクーラ
１１ 燃料タンク
１２ インタンクポンプ
１３ エンジン
１４ 加熱装置
１５ ＥＧＲクーラ
Claims (5)
- 燃料タンク内のＤＭＥを前記燃料タンク内に設けられたインタンクポンプで加圧しつつエンジンに供給するＤＭＥ自動車の燃料供給システムにおいて、
前記燃料タンクに、前記燃料タンク内のＤＭＥを加熱する加熱装置を設け、前記燃料タンクに、前記燃料タンクと前記インタンクポンプの吐出側を結び、且つ、前記燃料タンク内の圧力で直接エンジン側にＤＭＥを供給する送液ラインを接続し、前記加熱装置に流す冷却水をＥＧＲクーラの排熱で加熱することを特徴とするＤＭＥ自動車の燃料供給システム。 - 燃料タンク内のＤＭＥを前記燃料タンク内に設けられたインタンクポンプで加圧しつつエンジンに供給するＤＭＥ自動車の燃料供給システムにおいて、
前記燃料タンクに、前記燃料タンク内のＤＭＥを加熱する加熱装置を設け、前記加熱装置に流す冷却水をＥＧＲクーラの排熱で加熱し、前記ＥＧＲクーラからの冷却水を前記加熱装置に供給するための冷却水流路に、前記ＥＧＲクーラからの冷却水の供給を停止して、前記燃料タンクの過熱を防止するための過熱防止バルブを設けたことを特徴とするＤＭＥ自動車の燃料供給システム。 - 前記燃料タンクには、前記燃料タンクと前記インタンクポンプの吐出側を結び、且つ、前記燃料タンク内の圧力で直接エンジン側にＤＭＥを供給する送液ラインが接続される請求項２に記載のＤＭＥ自動車の燃料供給システム。
- 前記送液ラインには、前記送液ラインを通じたＤＭＥの供給の可否を切り替える切替弁が設けられる請求項１又は３に記載のＤＭＥ自動車の燃料供給システム。
- 前記加熱装置は、前記燃料タンクの周囲を覆うように設けられたウォータージャケットからなる請求項１〜４のいずれかに記載のＤＭＥ自動車の燃料供給システム。
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