(57)【要約】【課題】本発明は内燃機関の低温始動性を向上できる燃料供給装置を提供することを課題とする。【解決手段】本発明の燃料供給装置は、内燃機関に燃料を供給する燃料供給装置であって、燃料中の低発火点成分または低沸点成分を蒸留分離する燃料成分分離手段１４と、内燃機関に供給する燃料を選択的に切り替える燃料切替手段１６とを備え、内燃機関の低温始動時に低発火点成分または低沸点成分を燃料として供給することを特徴とする。燃料成分分離手段１４は、内燃機関の排気経路に介装した燃料気化器４２を備えており、燃料気化器は排気経路の排気管４４の外周面に立設されたフィン部と、このフィン部を収容して排気管と同軸状に形成された殻体とからなる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に燃料を供給する燃料供給装置であって、
前記燃料中の低発火点成分または低沸点成分を蒸留分離する燃料成分分離手段と、  前記内燃機関に供給する前記燃料を選択的に切り替える燃料切替手段とを備え、
前記内燃機関の低温始動時に前記低発火点成分または低沸点成分を燃料として供給することを特徴とする燃料供給装置。
【請求項２】
前記燃料成分分離手段は、前記内燃機関の排気経路に介装した燃料気化器を備える請求項１に記載の燃料供給装置。
【請求項３】
前記燃料気化器は前記排気経路の排気管の外周面に立設されたフィン部と、該フィン部を収容して前記排気管と同軸状に形成された殻体とからなり、前記燃料を排気熱により気体成分と液体成分とに分離する請求項１または２に記載の燃料供給装置。
【請求項４】
前記内燃機関はディーゼルエンジンである請求項１に記載の燃料供給装置。
【請求項５】
前記低発火点成分は主として軽油中のノルマルデカンである請求項７に記載の燃料供給装置。
【請求項６】
前記内燃機関はガソリンエンジンである請求項１に記載の燃料供給装置。
【請求項７】
前記内燃機関は前記燃料をシリンダ内へ直接噴霧する直噴式ガソリンエンジンである請求項６に記載の燃料供給装置。
【請求項８】
前記低沸点成分は主としてガソリン中のノルマルブタンおよび／またはイソペンタンである請求項６または７に記載の燃料供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガソリンエンジンあるいはディーゼルエンジンなどの内燃機関に燃料を供給する燃料供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガソリンや軽油などの内燃機関の燃料は、炭素数や結合状態の異なる多くの炭化水素成分からなっており、これらの成分はそれぞれ固有の蒸留特性をもつ。このため特に寒冷地における冬季の低温始動では、ガソリンエンジンにおける排気悪化やディーゼルエンジンにおける着火遅れなどの問題を生じることがある。
【０００３】
例えば、ガソリンでは約４％含有されるノルマルブタンや約１３％含有されるイソペンタンなどは、含有量が２０％と高いトルエン等に比べて沸点が低く低温始動時には好適な燃料成分である。しかし、上記のようにトルエンなど高沸点成分も含有するので、低温始動時には燃料供給量を増やして運転性を確保するようにしている。このため大量の炭化水素が排気中に混入することとなり、燃費の低下と環境の悪化とを招く虞がある。また、ディーゼルエンジンに使用される軽油では、直鎖成分であるパラフィン系のノルマルデカンは、ベンゼン核を有するアロマ系のエチルベンゼンなどに比べてその発火点は２００℃以上も低く、低温始動時の着火性が良好である。しかし、低発火点成分と高発火点成分とを含む軽油燃料では、特に冬季の始動時に高発火点成分が有効に寄与しないために着火遅れが問題となる。
【０００４】
ところで、ディーゼルエンジンの着火遅れは、セタン価の高い燃料（低発火点成分燃料）を使うほど短くなるので、使用燃料から比較的セタン価の高い成分を分離して、このような成分を有する燃料を低速低負荷時の機関に供給する燃料供給装置が知られている（特許文献１参照）。この燃料供給装置では、燃料成分中の直鎖成分を分離カラム中のゼオライトに吸着させ、しかる後に分離カラムにパージ空気を供給することで高セタン価成分のみを抽出し、運転状態によって抽出した高セタン価成分を選択して燃料とするものである。例えば、アイドリング、低速、低負荷運転時にセタン価の高い燃料を機関に供給し、セタン価の影響を受けにくい中高速、中高負荷運転時にはセタン価の低い燃料を供給するようにして、中高速、中高負荷運転時の運転性、燃費、騒音などを悪化させずにアイドリングを含む低速低負荷時の騒音レベルを低減できるとしている。また、機関の始動時および暖機時にセタン価の高い燃料を機関に供給することにより、機関の始動性および暖機時の運転性を向上できるとしている。
【０００５】
しかし、低温での始動時には、燃料の気化が重要であるがセタン価着火遅れの指標であり、直接有効な成分に分離が出来ない。
【特許文献１】特開昭５６−１４３３２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記のような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、内燃機関の低温始動性を向上できる燃料供給装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明者は内燃機関の排気熱を利用して燃料成分を蒸留分離すれば、低発火点成分または低沸点成分を主成分とする燃料を容易に得ることができることに着目した。
【０００８】
本発明の燃料供給装置は、内燃機関に燃料を供給する燃料供給装置であって、
燃料中の低発火点成分または低沸点成分を蒸留分離する燃料成分分離手段と、内燃機関に供給する燃料を選択的に切り替える燃料切替手段とを備え、内燃機関の低温始動時に低発火点成分または低沸点成分を燃料として供給することを特徴とする。
【０００９】
本発明の燃料供給装置は、燃料成分分離手段を備えているので、使用燃料から低温始動時に特に有効な低発火点成分または低沸点成分を蒸留分離して始動燃料とすることができる。また、燃料切替手段によって低温始動時には通常の使用燃料に代えて高濃度の低発火点成分または低沸点成分を含有する燃料を供給することができる。従って、低温始動時の燃費の低下や排気中の炭化水素の増加、あるいは着火遅れといった不都合を生じることが無く機関の低温始動性を向上することができる。
【００１０】
本発明の燃料供給装置において、燃料成分分離手段は、内燃機関の排気経路に介装した燃料気化器を備えており、燃料気化器は排気経路の排気管の外周面に立設されたフィン部と、このフィン部を収容して排気管と同軸状に形成された殻体とからなり、燃料を排気熱により気体成分と液体成分とに分離することが望ましい。
【００１１】
燃料は内燃機関の排気経路に介装した燃料気化器で蒸留して成分分離することができるので、分離手段がコンパクトで、かつ制御が容易である。
【００１２】
また、前記内燃機関はディーゼルエンジンであることができ、この場合の低発火点成分は主として燃料中のノルマルデカンである。
【００１３】
また、前記内燃機関はガソリンエンジンであることができ、燃料をシリンダ内へ直接噴霧する直噴式ガソリンエンジンであってもよい。このようなガソリンエンジンの場合には、低沸点成分は主として燃料中のノルマルブタンおよび／またはイソペンタンである。
【００１４】
上記のような低発火点成分または低沸点成分を内燃機関の低温始動用燃料として用いることで、内燃機関の低温始動性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
【００１６】
図１は、本発明の好適な一実施形態である直噴式ガソリンエンジンにおける燃料供給装置のシステム構成を示す。燃料供給装置１０は、燃料中の低発火点成分を蒸留分離する燃料成分分離手段１４と、エンジンＡに供給する燃料を選択的に切り替える燃料切替手段１６とを備えている。燃料切替手段１６により選択された燃料は、燃料ポンプ１８を介してインジェクタ２０からエンジンのシリンダ２２内へ噴射される。なお、燃料切替手段１６は、車両のキースイッチ２４のＯＮ情報とエンジンの冷却水温度計２６からの温度情報とに基づくＥＣＵ２８の指令により電磁弁などを駆動することで、燃料タンク１１に貯留されている通常燃料Ｆと、始動用燃料タンク１２に貯留されている低発火点成分を主体とする燃料ｆとを切り替えるようになっている。また、図中３０は点火プラグ、３２は排気弁、３４はピストンである。
【００１７】
図２はガソリンエンジンにおける燃料成分分離手段１４の構成を示す概要図である。燃料成分分離手段１４は、内燃機関Ａの排気経路に介装した燃料気化器４２を備えている。燃料気化器４２は、図４に示すように排気経路の排気管４４の外周面に立設されたフィン部４６と、フィン部４６を収容して排気管４４と同軸状に形成された殻体４８とからなり、燃料Ｆを排気管４４内を流通する排気Ｅの熱により気体成分ｆと液体成分Ｆ’とに分離することできる。
【００１８】
上記のような燃料気化器４２を有する燃料成分分離手段１４においては、燃料タンク１１に貯留されている使用燃料（ガソリン）Ｆは燃料弁５０を介して入口４２ａから供給され、排気熱で気化された気体成分（例えば、ノルマルブタンおよび／またはイソペンタン）ｆは流出口４２ｃから流路５２を流通して冷却手段５４で液化され始動用燃料タンク１２へ貯留される。また、気化されずに残留した液体成分（例えば、トルエン）Ｆ’は流出口４２ｂに接続する流路５６により燃料タンク１１へ環流し使用燃料Ｆとして貯留される。なお、ＥＣＵ２８は温度測定器５６と燃料弁５０とに接続されており、温度想定器５８で検出される排気Ｅの温度情報により燃料弁５０に開閉指示する。
【００１９】
図３にディーゼルエンジンにおける燃料成分分離手段１４の概略構成を示す。軽油を燃料とするディーゼルエンジンにおいても上記と同様の図４に示す燃料気化器を用いることができる。しかし、軽油の場合には、低温始動時に有効な高セタン価成分であるノルマルデカンの沸点は１７４℃（発火点：２１０℃）であるが、セタン価の低いエチルベンゼンの沸点は１３６℃（発火点：４３２℃）である。このため、燃料気化器で分溜すると沸点は低いが発火点の高いエチルベンゼンが低温で気化してくる。このため、図３に示すように、気体成分（エチルベンゼン）ｆを冷却して燃料タンク１１へ環流させ、液体成分（ノルマルデカン）Ｆ’を始動用燃料タンク１２へ送給して貯留する。
【００２０】
図５には、燃料気化器４２で使用燃料を気化分離する動作のフローチャートを示す。
【００２１】
まず、ステップＳ１１で運転者がキー２４を回転してスイッチをＯＮする。ＥＣＵ２８は排気管中の排気ガスの温度を測定し（ステップＳ１２）、その温度情報により使用燃料Ｆを燃料気化器４２へ供給するか否かを判断する（ステップＳ１３）。例えば、ガソリンエンジンでは排気ガス温度が５０℃以下の場合には使用燃料Ｆを燃料気化器４２へ供給し（ステップＳ１４）、５０℃を越えている場合には燃料供給をしない（ステップＳ１８）と定義しておく。すなわち、排気ガス温度が５０℃以下の場合には燃料弁５０は「開」、５０℃を越えている場合には燃料弁５０は「閉」とする。
【００２２】
ＥＣＵ２８は排気ガス温度が５０℃未満と判断したら（ステップＳ１３でＹＥＳ）電磁弁などを備える燃料弁５０に開動作を指令し、燃料Ｆを燃料気化器４２へ供給する（ステップＳ１４）。燃料気化器４２は排気熱で加熱されているので、低沸点成分は気化し、その他の成分は液体状態で残留する（ステップＳ１５）。
【００２３】
気化成分ｆは燃料気化器４２の流出口４２ｃから気体状態で流出するので流路５２に介装されている冷却手段５４によって冷却して液化する（ステップＳ１６）。冷却手段５４は気化成分の蒸留特性により選択すればよく、空冷または水冷のいずれでもよい。液化した気化成分ｆは重力またはポンプなど適宜の方法で燃料タンク１１または始動用燃料タンク１２へ送給して貯留する（ステップＳ１７）。
【００２４】
以上のように、本発明の燃料成分分離手段では、排気ガス温度が低温始動時に有効な成分とそれ以外の成分と分離する分溜温度以下の場合にのみ使用燃料を燃料気化器へ供給する。そして分離した低温始動時に有効な成分を始動用燃料として始動用燃料タンクに貯留しておくので、必要に応じて直ちに使用することができる。
【００２５】
なお、ディーゼルエンジンの場合には、ステップＳ１３の判断温度を例えば１５０℃以下とすればエチルベンゼンを含まないノルマルデカンを主成分とする燃料を始動用燃料とすることができる。
【００２６】
次に、上述の実施形態における燃料供給装置１０の作動について図６のフローチャートに沿って説明する。
【００２７】
まず、ステップＳ２１で運転者がキー２４を回転してスイッチをＯＮする。ＥＣＵ２８は冷却水の水温を測定し（ステップＳ２２）、その温度情報により低温始動か通常始動かを判断する（ステップＳ２３）。例えば、水温が１０℃未満の場合には低温始動、１０℃以上の場合には通常始動と定義しておく。ＥＣＵ２８は水温が１０℃未満と判断したら（ステップＳ２３でＹＥＳ）電磁弁などを備える燃料切替手段１６に指令して始動燃料として始動用燃料タンク１２側を選択する（ステップＳ２４）。ＥＣＵ２８が燃料の供給を始動用燃料タンク１２側に選択すると、ポンプ１８は始動用燃料タンク１２に貯留されている気化成分ｆ（ディーゼルエンジンでは液体成分Ｆ’）を吸い上げて（ステップＳ２５）インジェクタ２０へ供給する（ステップＳ２６）。
【００２８】
インジェクタ２０からは気化成分ｆ（またはＦ’）が始動用燃料として噴射されるので、ステップＳ２７でエンジンＡは正常に始動する。ステップＳ２８では、ＥＣＵ２８はエンジンＡが正常に始動したか否かを判定する。正常に始動したか否かはエンジン回転数はで判定することができる。この結果正常に始動できたと判定した場合には（ステップ２８でＹＥＳ）、ＥＣＵ２８はステップＳ２９へ進み、燃料切替手段１６で燃料タンク１１側を選択して通常燃料Ｆを燃料ポンプ１８を介してインジェクタ２０へ供給する（ステップＳ３０）。
【００２９】
なお、ステップ２３で冷却水の温度が１０℃以上であると判断した場合には、ＥＣＵ２８は燃料切替手段１６の燃料タンク１１側を選択して通常燃料Ｆを燃料ポンプ１８を介してインジェクタ２０へ供給する（ステップＳ３０）。
【００３０】
以上のように本発明の燃料供給装置によれば、ガソリンエンジンでは主として低沸点成分であるノルマルブタンおよび／またはイソペンタンを、また、ディーゼルエンジンでは、主として低発火点成分であるノルマルデカンを始動用燃料として用いることができる。従って、内燃機関の始動時、特に低温始動時に機関に生じる様々のトラブルを解消することができる。
【００３１】
また、本発明の燃料供給装置は、排気系に介装した燃料気化器で排気熱を利用して蒸留分離を行うので、成分分離効率が高くかつ省エネルギーである。
【００３２】
本発明の燃料供給装置は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で変更してもよい。
【００３３】
例えば、上記の実施の形態では、ガソリンエンジンを直噴式として説明したが、従来のガソリンエンジンや過給式ガソリンエンジンでは切替手段燃料１６通過後の燃料を吸気ポートをへ供給すればよい。
【００３４】
また、燃料気化器は図４に示す形状に限定されるものではなく、排気熱を利用して燃料を蒸留分離できるものであればよい。例えば、フィン部４６の形状は、排気管の外周に螺旋状に立設してもよいし、また、各フィンに凹凸を設けてその表面積を拡大してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は車両のガソリンエンジンやディーゼルエンジンの燃料供給装置として好適である。寒冷地における冬季のエンジン始動時には特に有効であり、本発明の燃料供給装置を用いることで、低温始動時におけるガソリンエンジンの高濃度炭化水素の排出や燃費の低下、あるいはディーゼルエンジンの着火遅れなどの不具合を解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】実施の形態のシステム概要を説明する説明図で、直噴式ガソリンエンジンの場合を示す。
【図２】ガソリンエンジンにおける成分分離手段の構成を示す概要図である。
【図３】ディーゼルエンジンにおける成分分離手段の構成を示す概要図である。
【図４】燃料気化器の一例を説明する模式図である。（ａ）は軸方向断面であり、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’断面を示す。
【図５】燃料気化器で使用燃料を気化分離する動作を説明するフローチャートである。
【図６】本発明の燃料供給装置の作動を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００３７】
１１：燃料タンク  １２：始動用燃料タンク  １４：燃料成分分離手段  １６：燃料切替手段  １８：燃料ポンプ  ２０：インジェクタ  ２８：ＥＣＵ  ４２：燃料気化器  ４４：排気管  ４６：フィン部  ４８：殻体  ５０：燃料弁  ５４：冷却手段  ５８：温度測定器
Ａ：エンジン  Ｅ：排気ガス  Ｆ：使用燃料  Ｆ’：液体成分（高発火点成分または高沸点成分）  ｆ：気化成分（低発火点成分または低沸点成分）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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