(57)【要約】【課題】  燃料分留通路においてコーキングの発生や燃料の酸化など燃料の劣化を抑制することが可能な内燃機関の燃料分留装置を提供する。【解決手段】  内燃機関１の燃料タンク１４から供給される燃料を流通させつつ加熱して気相燃料と液相燃料とに分留する加熱分留区間１８ａを有する燃料分留通路１８と、前記燃料分留通路に供給される燃料の流量を調整する流量調整手段１９と、燃料の分留が要求され、かつ前記加熱分留区間の温度が燃料の劣化が促進される劣化促進温度未満である場合、燃料を分留すべく前記流量調整手段の動作を制御して前記加熱分留区間に燃料を供給させる動作制御手段２９と、を備えた内燃機関の燃料分留装置１６において、前記加熱分留区間の温度を取得する温度取得手段３０を備え、前記動作制御手段は、前記温度取得手段により取得された温度が前記劣化促進温度以上であると判断した場合、前記加熱分留区間の温度が前記劣化促進温度未満に低下するように前記流量調整手段の動作を制御して前記加熱分留区間に燃料を供給させる。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃料タンクから供給される燃料を流通させつつ加熱して気相燃料と液相燃料とに分留する加熱分留区間を有する燃料分留通路と、前記燃料分留通路に供給される燃料の流量を調整する流量調整手段と、燃料の分留が要求され、かつ前記加熱分留区間の温度が燃料の劣化が促進される劣化促進温度未満である場合、燃料を分留すべく前記流量調整手段の動作を制御して前記加熱分留区間に燃料を供給させる動作制御手段と、を備えた内燃機関の燃料分留装置において、
前記加熱分留区間の温度を取得する温度取得手段を備え、
前記動作制御手段は、前記温度取得手段により取得された温度が前記劣化促進温度以上であると判断した場合、前記加熱分留区間の温度が前記劣化促進温度未満に低下するように前記流量調整手段の動作を制御して前記加熱分留区間に燃料を供給させることを特徴とする内燃機関の燃料分留装置。
【請求項２】
前記動作制御手段は、前記加熱分留区間への燃料供給時に前記燃料分留通路における燃料の温度が目標温度範囲内に維持されるように前記流量調整手段の動作を制御して前記加熱分留区間に供給される燃料流量を調整することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料分留装置。
【請求項３】
分留した気相燃料を貯留する気相燃料タンクをさらに備え、
前記気相燃料タンクと前記燃料タンクとは、前記気相燃料タンク内の燃料を前記燃料タンクに戻すことが可能なようにリターン通路で接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の燃料分留装置。
【請求項４】
前記気相燃料タンクが前記燃料タンクよりも上方に配置され、
前記リターン通路は、前記気相燃料タンクのヘッドスペースと前記燃料タンクのヘッドスペースとを接続していることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の燃料分留装置。
【請求項５】
前記加熱分留区間の出口において燃料が流れ難くなるように前記燃料分留通路の少なくとも一部の流路を絞る絞り手段を備え、
前記動作制御手段は、前記温度取得手段により取得された温度が前記劣化促進温度以上であると判断した場合、前記絞り手段の動作を制御して前記燃料分留通路の流路を絞ることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料分留装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料を軽質燃料と重質燃料とに分留する内燃機関の燃料分留装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
排気管の排気熱を利用して燃料を液相と気相とに分離し、分離した気相成分を還元剤としてＮＯｘ吸収剤に供給する装置が知られている（特許文献１参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２が存在する。
【特許文献１】特許第３０９３９０５号公報
【特許文献２】特許第２８５０５４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
燃料通路（燃料分留通路）に燃料が少量残存している場合、内燃機関の高負荷運転時などに排気温度が高温になるとこの残存している少量の燃料が過熱され、コーキングの発生や燃料の酸化など燃料の劣化が促進されるおそれがある。
【０００４】
そこで、本発明は、燃料分留通路においてコーキングの発生や燃料の酸化など燃料の劣化を抑制す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。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の内燃機関の燃料分留装置は、内燃機関の燃料タンクから供給される燃料を流通させつつ加熱して気相燃料と液相燃料とに分留する加熱分留区間を有する燃料分留通路と、前記燃料分留通路に供給される燃料の流量を調整する流量調整手段と、燃料の分留が要求され、かつ前記加熱分留区間の温度が燃料の劣化が促進される劣化促進温度未満である場合、燃料を分留すべく前記流量調整手段の動作を制御して前記加熱分留区間に燃料を供給させる動作制御手段と、を備えた内燃機関の燃料分留装置において、前記加熱分留区間の温度を取得する温度取得手段を備え、前記動作制御手段は、前記温度取得手段により取得された温度が前記劣化促進温度以上であると判断した場合、前記加熱分留区間の温度が前記劣化促進温度未満に低下するように前記流量調整手段の動作を制御して前記加熱分留区間に燃料を供給させることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００６】
本発明の内燃機関の燃料分留装置によれば、加熱分留区間の温度が劣化促進温度未満に調整されるので、燃料分留通路における燃料の過熱を防止することができる。そのため、コーキングの発生や、燃料の酸化を抑制することができる。
【０００７】
本発明の内燃機関の燃料分留装置において、前記動作制御手段は、前記加熱分留区間への燃料供給時に前記燃料分留通路における燃料の温度が目標温度範囲内に維持されるように前記流量調整手段の動作を制御して前記加熱分留区間に供給される燃料流量を調整してもよい（請求項２）。このように燃料分留通路における燃料の温度を目標温度範囲内に維持させることで、分留される気相燃料の性状を安定化させることができる。
【０００８】
本発明の内燃機関の燃料分留装置は、分留した気相燃料を貯留する気相燃料タンクをさらに備え、前記気相燃料タンクと前記燃料タンクとは、前記気相燃料タンク内の燃料を前記燃料タンクに戻すことが可能なようにリターン通路で接続されていてもよい（請求項３）。この場合、気相燃料タンクから燃料タンクに気相燃料を戻すことで、気相燃料タンクに貯留される気相燃料を適正な量に調整することができる。例えば気相燃料タンクに貯留される燃料量が気相燃料タンクの貯留量の上限値を超えないように調整することで、気相燃料が外部に溢れ出ることを防止できる。なお、本発明における気相燃料とは、分留時に気化した燃料のことを意味する。そのため、この気化した燃料が分留後に液化したものも、この気相燃料の概念に含まれる。
【０００９】
本発明の内燃機関の燃料分留装置は、前記気相燃料タンクが前記燃料タンクよりも上方に配置され、前記リターン通路は、前記気相燃料タンクのヘッドスペースと前記燃料タンクのヘッドスペースとを接続していてもよい（請求項４）。この場合、気相燃料タンクが燃料タンクよりも上方に配置されているので、重力を利用して気相燃料タンクから燃料タンクに気相燃料を戻すことができる。そのため、気相燃料タンクから燃料タンクに燃料を移送するために使用するエネルギを低減することができる。
【００１０】
本発明の内燃機関の燃料分留装置は、前記加熱分留区間の出口において燃料が流れ難くなるように前記燃料分留通路の少なくとも一部の流路を絞る絞り手段を備え、前記動作制御手段は、前記温度取得手段により取得された温度が前記劣化促進温度以上であると判断した場合、前記絞り手段の動作を制御して前記燃料分留通路の流路を絞ってもよい（請求項５）。このように加熱分留区間の温度が劣化促進温度以上であると判断した場合、加熱分留区間の出口において燃料を流れ難くさせることで、加熱分留区間に燃料を滞留させることができる。加熱分留区間に滞留した燃料は、加熱分留区間における温度勾配を縮小させるとともに加熱分留区間の熱容量を増加させる。そのため、加熱分留区間における燃料の急激な温度上昇を抑制し、コーキングの発生や燃料の酸化を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１１】
以上に説明したように、本発明によれば、加熱分留区間の温度が劣化促進温度未満に調整されるので、加熱分留区間における燃料の過熱を防止することができる。そのため、燃料分留通路におけるコーキングの発生や燃料の酸化を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、本発明の燃料分留装置が組み込まれた内燃機関としてディーゼルエンジン１の一形態を示している。エンジン１は車両に走行用動力源として搭載されるもので、そのシリンダ２には吸気通路３及び排気通路４が接続されている。吸気通路３にはターボチャージャ５のコンプレッサ５ａ、吸気を冷却するインタークーラ６、吸気量調節用の吸気絞り弁７が設けられ、排気通路４には、ターボチャージャ５のタービン５ｂ、排気浄化触媒８が設けられている。排気通路４と吸気通路３とはＥＧＲ通路９で接続され、ＥＧＲ通路９にはＥＧＲクーラ１０が設けられている。
【００１３】
エンジン１には、燃料供給装置１１が設けられている。燃料供給装置１１は、シリンダ２に燃料を噴射するためのインジェクタ１２と、インジェクタ１２に供給される高圧の燃料を蓄えるコモンレール１３と、燃料（以下、原料燃料と記述する。）を貯留する燃料タンク１４と、燃料タンク１４からコモンレール１３に原料燃料を供給する燃料ポンプ１５とを備えている。
【００１４】
また、エンジン１には、原料燃料を、低沸点成分を多く含み軽質な気相燃料（以下、軽質燃料と記述することもある。）と、高沸点成分を多く含み重質な液相燃料（以下、重質燃料と記述することもある。）とに分留する燃料分留装置１６と、排気浄化触媒８の機能再生時に軽質燃料を排気浄化触媒８の上流側の排気通路４に供給する軽質燃料供給装置１７とを備えている。
【００１５】
燃料分留装置１６は、燃料を軽質燃料と重質燃料とに分留する燃料分留通路１８と、燃料分留通路１８に供給される原料燃料の流量を調整する流量調整手段としての流量調整バルブ１９と、分留された軽質燃料が導かれる気相通路２０と、重質燃料が導かれる液相通路２１と、軽質燃料が貯留される軽質燃料タンク２２と、を備えている。燃料分留通路１８は、加熱分留区間１８ａと分岐点１８ｂとを備えている。加熱分留区間１８ａは、排気通路４の排気マニホールド４ａ内に配置され、排気熱を利用して供給された原料燃料を加熱し、分留する。分岐点１８ｂには、分岐点１８ｂの温度に対応した信号を出力する分留温度センサ２３が設けられている。図１に示したように、気相通路２０は軽質燃料タンク２２に、液相通路２１は燃料タンク１４にそれぞれ接続されている。
【００１６】
軽質燃料タンク２２は燃料タンク１４よりも重力方向において上方に配置され、軽質燃料タンク２２のヘッドスペース２２ａと燃料タンク１４のヘッドスペース１４ａとは、リターン通路２４によって接続されている。軽質燃料タンク２２のヘッドスペース２２ａとリターン通路２４との接続位置は、軽質燃料タンク２２に貯留される軽質燃料が適正な量に調整されるように、例えば下記の方法によって設定される。軽質燃料タンク２２には、内部に貯留可能な軽質燃料量の上限値（貯留上限値）が設定されている。リターン通路２４は、軽質燃料タンク２２に貯留上限値の軽質燃料が貯留された場合の燃料の液面の高さとほぼ同一の位置に接続される。このような位置にリターン通路２４を接続することで、軽質燃料タンク２２に導かれた軽質燃料のうち貯留上限値を超える分の軽質燃料が燃料タンク１４に戻されるので、軽質燃料タンク２２に貯留される軽質燃料を適正量（この場合は貯留上限値）に調整することができる。なお、軽質燃料タンク２２及び燃料タンク１４には、それぞれ内部の圧力を調整するための大気連通管２５、２６が設けられている。
【００１７】
軽質燃料供給装置１７は、軽質燃料を排気通路４に供給する軽質燃料インジェクタ２７と、軽質燃料タンク２２から軽質燃料インジェクタ２７に軽質燃料を供給する軽質燃料ポンプ２８とを備えている。
【００１８】
流量調整バルブ１９の動作は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２９によって制御される。ＥＣＵ２９は、エンジン１の運転状態を制御する周知のコンピュータユニットであるが、図２の原料燃料供給制御ルーチンを実行することにより、本発明の動作制御手段として機能する。図２の制御ルーチンは、エンジン１の運転中に所定の周期で繰り返し実行される。
【００１９】
図２の制御ルーチンにおいてＥＣＵ２９は、まずステップＳ１１でエンジン１が運転状態であるか否か判断する。エンジン１が運転状態であるか否かは、例えば不図示のエンジン回転角度センサの出力信号を参照して判断する。エンジン１が運転状態ではないと判断した場合は、今回の制御ルーチンを終了する。一方、エンジン１が運転状態であると判断した場合はステップＳ１２に進み、ＥＣＵ２９は加熱分留区間１８ａの温度が燃料の劣化が促進される劣化促進温度以上であるか否か判断する。劣化促進温度としては、例えば燃料の酸化やコーキングが大きく進む温度よりも低い温度（例えば４００°Ｃ）が設定される。加熱分留区間１８ａの温度は、例えば排気マニホールド４ａに設けられ、加熱分留区間１８ａの周辺の排気温度に対応した信号を出力する排気温度センサ３０を参照して取得する。このように加熱分留区間１８ａの温度を取得することで、排気温度センサ３０は本発明の温度取得手段として機能する。また、エンジン１の運転状態から排気温度を推定し、この推定した排気温度に基づいて加熱分留区間１８ａの温度を推定してもよい。加熱分留区間１８ａの温度が劣化促進温度以上であると判断した場合はステップＳ１３に進み、ＥＣＵ２９は加熱分留区間１８ａの温度が劣化促進温度未満に低下するように流量調整バルブ１９の動作を制御して加熱分留区間１８ａへの原料燃料の供給を実施させる。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
【００２０】
一方、加熱分留区間１８ａの温度が劣化促進温度未満であると判断した場合はステップＳ１４に進み、ＥＣＵ２９は燃料の分留を実施する燃料分留条件が成立しているか否かを判断する。燃料分留条件は、例えば軽質燃料タンク２２に貯留されている軽質燃料量が排気浄化触媒８の機能再生に必要な量未満の場合などに成立していると判断される。燃料分留条件が成立していると判断した場合はステップＳ１５に進み、ＥＣＵ２９は原料燃料を分留すべく流量調整バルブ１９の動作を制御して加熱分留区間１８ａへの原料燃料の供給を実施させる。その後。今回の制御ルーチンを終了する。一方、燃料分留条件が成立していないと判断した場合はステップＳ１６に進み、ＥＣＵ２９は流量調整バルブ１９の動作を制御して加熱分留区間１８ａへの原料燃料の供給を停止させる。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
【００２１】
加熱分留区間１８ａへの燃料供給時（ステップＳ１３及びＳ１５の処理実行時）、ＥＣＵ２９は、燃料分留通路１８における燃料の温度が目標温度範囲内に維持されるように燃料分留通路１８に供給する燃料流量を調整する。目標温度範囲は分留により生成する軽質燃料の性状に応じて適宜に設定され、例えば２００〜２５０°Ｃが設定される。なお、燃料分留通路１８における燃料の温度は、例えば分留温度センサ２３を参照して取得する。
【００２２】
図２の制御ルーチンでは、加熱分留区間１８ａの温度が劣化促進温度以上であると判断された場合、加熱分留区間１８ａの温度が劣化促進温度未満に低下するように加熱分留区間１８ａに原料燃料が供給されるので、原料燃料の過熱を抑制することができる。また、加熱分留区間１８ａへの燃料供給時は、燃料分留通路１８の燃料の温度が目標温度範囲内に維持されるので、軽質燃料タンク２２に貯留される軽質燃料の性状を安定化させることができる。なお、加熱分留区間１８ａの温度が劣化促進温度未満に低下するように加熱分留区間１８ａに原料燃料を供給する場合（ステップＳ１３）は、加熱分留区間１８ａの温度を目標温度範囲まで低下させなくてもよい。加熱分留区間１８ａの温度が劣化促進温度（例えば４００°Ｃ）未満に低下するような原料燃料量を加熱分留区間１８ａに供給することでも、原料燃料の過熱が防止できる。
【００２３】
図１に示した燃料分留装置１６では、軽質燃料タンク２２と燃料タンク１４とがリターン通路２４によって接続されているので、軽質燃料タンク２２に貯留される軽質燃料量を適正な量に調整することができる。そのため、例えば軽質燃料タンク２２の貯留上限値以上の量の軽質燃料が軽質燃料タンク２２に導かれた場合でも、軽質燃料が外部に溢れでることを防止できる。また、軽質燃料タンク２２が燃料タンク１４よりも重力方向において上方に配置されているので、重力を利用して軽質燃料を軽質燃料タンク２２から燃料タンク１４に移送することができる。
【００２４】
図３は、本発明の他の実施形態に係る燃料分留装置の要部を示している。図３において図１と共通する部分には同一符号を付してある。図３の実施形態では、加熱分留区間１８ａの出口に絞り手段としての絞り弁４０が設けられている点が図１の実施形態と異なる。なお、図３（ａ）は絞り弁４０が開いている場合の燃料分留通路１８内における原料燃料の状態の一例を示し、図３（ｂ）は絞り弁４０が閉じている場合の燃料分留通路１８内における原料燃料の状態の一例を示している。絞り弁４０の動作は、ＥＣＵ２９により制御される。図４は、ＥＣＵ２９が絞り弁４０の動作を制御するために実行する絞り弁動作制御ルーチンを示すフローチャートである。図４の制御ルーチンは、エンジン１の運転中に所定の周期で繰り返し実行される。
【００２５】
図４の制御ルーチンにおいてＥＣＵ２９はまずステップＳ２１で加熱分留区間１８ａの温度が劣化促進温度以上であるか否か判断する。なお、ここで使用する劣化促進温度は、図２のステップＳ１２で使用する数値と同様の方法で設定される。また、加熱分留区間１８ａの温度は、排気マニホールド４ａに設けられた排気温度センサ３０（図３には不図示）の出力信号を参照して取得する。加熱分留区間１８ａの温度が劣化促進温度未満であると判断した場合はステップＳ２２に進み、ＥＣＵ２９は絞り弁４０を開ける。その後、今回の制御ルーチンを終了する。一方、加熱分留区間１８ａの温度が劣化促進温度以上であると判断した場合はステップＳ２３に進み、ＥＣＵ２９は絞り弁４０を閉じる。その後、今回の制御ルーチンを終了する。なお、ステップＳ２３において絞り弁４０を閉じる場合、絞り弁４０の開度は、加熱分留区間１８ａから下流側に燃料が流れ難くなる程度に設定される。
【００２６】
この実施形態では、加熱分留区間１８ａの温度が劣化促進温度以上であると判断した場合、絞り弁４０を閉じ、加熱分留区間１８ａの出口において燃料を流れ難くする。このように絞り弁４０を動作させることで、図３（ｂ）に一例を示したように加熱分留区間１８ａを原料燃料でほぼ満たすことができる。そのため、加熱分留区間１８ａ内の原料燃料によって加熱分留区間１８ａにおける温度勾配を縮小させるとともに、加熱分留区間１８ａの熱容量を増加させることができる。従って、加熱分留区間１８ａにおける燃料の急激な温度上昇を抑制し、燃料の過熱を抑制することができる。また、図４の制御ルーチンを図２の制御ルーチンと組み合わせて実行することで、燃料の過熱をさらに抑制することができる。組み合わせて実行する場合には、優先順位に基づいて各ルーチンを順に実行してもよいし、これらのルーチンを並列的に実行してもよい。なお、絞り弁４０が設けられる位置は、加熱分留区間１８ａの出口に限定されない。絞り弁４０を閉じることにより、加熱分留区間１８ａから下流側に燃料を流れ難くさせ、加熱分留区間１８ａ内を原料燃料でほぼ満たすことができる種々の位置に配置することができる。また、絞り弁４０は、燃料分留通路１８に複数設けられていてもよい。
【００２７】
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。
【００２８】
軽質燃料タンクから燃料タンクに軽質燃料をポンプで移送してもよい。このようにポンプを使用して軽質燃料を移送することで、軽質燃料タンク及び燃料タンクの配置位置の自由度を向上させることができる。また、各燃料タンクとリターン通路との接続箇所の自由度を向上させることもできる。分留された重質燃料を貯留するための重質燃料タンクが設けられている場合は、軽質燃料タンクと重質燃料タンクとをリターン通路で接続させ、軽質燃料を重質燃料タンクに移送してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】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一形態を示す図。
【図２】図１のＥＣＵが実行する原料燃料供給制御ルーチンを示すフローチャート。
【図３】本発明の他の実施形態に係る燃料分留装置の要部を示す図。
【図４】図３のＥＣＵが実行する絞り弁動作制御ルーチンを示すフローチャート。
【符号の説明】
【００３０】
１  ディーゼルエンジン（内燃機関）
１４  燃料タンク
１４ａ  ヘッドスペース
１８  燃料分留通路
１８ａ  加熱分留区間
１９  流量調整バルブ（流量調整手段）
２２  軽質燃料タンク
２２ａ  ヘッドスペース
２４  リターン通路
２９  エンジンコントロールユニット（動作制御手段）
３０  排気温度センサ（温度取得手段）
４０  絞り弁（絞り手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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