(57)【要約】【課題】自動車用エンジンの燃料中から、ギ酸のような酸をより効果的に除去する。【解決手段】本発明は、燃料中の酸を除去するように構成された燃料処理装置１０を提供する。燃料処理装置１０は、水を内部に含む水槽１４と、燃料タンク１２内の燃料Ｌを攪拌する攪拌装置１６と、燃料タンク１２内のガスを水槽１４内の水に導くように構成されたガス導入装置１８とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料中の酸を除去するように構成された燃料処理装置であって、
水を内部に含む水槽と、
燃料タンク内の燃料を攪拌するように構成された攪拌装置と、
前記燃料タンク内のガスを前記水槽内の水に導くように構成されたガス導入装置と
を備えたことを特徴とする燃料処理装置。
【請求項２】
前記燃料タンク内の燃料の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、
該温度検出手段によって検出された燃料の温度が所定温度より低いとき、前記攪拌装置は前記燃料タンク内の燃料を攪拌し、前記ガス導入装置は前記燃料タンク内のガスを前記水槽内の水に導くことを特徴とする請求項１に記載の燃料処理装置。
【請求項３】
前記燃料タンク内の燃料におけるバイオ燃料の濃度を検出する濃度検出手段をさらに備え、
該濃度検出手段によって検出されたバイオ燃料の濃度が所定濃度より高いとき、前記攪拌装置は前記燃料タンク内の燃料を攪拌し、前記ガス導入装置は前記燃料タンク内のガスを前記水槽内の水に導くことを特徴とする請求項１または２に記載の燃料処理装置。
【請求項４】
前記ガス導入装置は、前記燃料タンクと前記水槽との間でガスを循環可能にするように構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の燃料処理装置。
【請求項５】
燃料からギ酸を除去することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の燃料処理装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の燃料処理装置を備えたことを特徴とするエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料中の酸を除去するように構成された燃料処理装置および、これを備えたエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、バイオマスから生産される燃料を含むバイオ燃料を自動車用エンジンの燃料として用いる動きが広まっている。一般に、バイオ燃料は、化石燃料と比べ、酸化し易い性質を有する。酸化劣化したバイオ燃料は、金属等を腐食させ易い。このため、酸化劣化したバイオ燃料は、燃料容器の鋼板に対してだけではなく、燃料パイプや燃料噴射弁などの燃料供給系部品に対しても悪影響を及ぼすおそれがある。
【０００３】
例えば、特許文献１は、バイオ燃料の酸化劣化により生じた生成物質、例えば酸を除去するように構成された内燃機関の燃料供給装置を開示する。この装置は、現在の使用燃料が酸化劣化の影響が懸念される燃料であると判断した場合、燃料噴射弁に供給された燃料のうちの噴射に使用されなかった燃料を、水槽を介して、燃料タンクに戻すように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２７５６６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ディーゼルエンジンで活用されるバイオ燃料には、ＦＡＭＥ（脂肪酸メチルエステル）がある。本発明者がＦＡＭＥが酸化した際に生成する酸を調べたところ、その中にはかなりの量のギ酸が含まれていた。
【０００６】
このようなギ酸は強い材料腐食性を有するので、上記したような燃料の酸化による悪影響を低減するためには、ギ酸を燃料から除くことが望まれる。
【０００７】
そこで、本発明はかかる点に鑑みて創案されたものであり、その目的は、そのような酸を燃料中からより効果的に除去することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、燃料中の酸を除去するように構成された燃料処理装置に関する。そして、本発明に係る燃料処理装置は、水を内部に含む水槽と、燃料タンク内の燃料を攪拌するように構成された攪拌装置と、燃料タンク内のガスを水槽内の水に導くように構成されたガス導入装置とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
好ましくは、上記燃料処理装置は、燃料タンク内の燃料の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、該温度検出手段によって検出された燃料の温度が所定温度より低いとき、攪拌装置は燃料タンク内の燃料を攪拌し、ガス導入装置は燃料タンク内のガスを水槽内の水に導く。
【００１０】
また、好ましくは、上記燃料処理装置は、燃料タンク内の燃料におけるバイオ燃料の濃度を検出する濃度検出手段をさらに備え、該濃度検出手段によって検出されたバイオ燃料の濃度が所定濃度より高いとき、攪拌装置は燃料タンク内の燃料を攪拌し、ガス導入装置は燃料タンク内のガスを水槽内の水に導く。
【００１１】
ガス導入装置は、燃料タンクと水槽との間でガスを循環可能にするように構成されているとよい。
【００１２】
そして、燃料処理装置は、燃料からギ酸を除去するとよい。
【００１３】
なお、本発明は、燃料処理装置を備えたエンジンにも存する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る第１実施形態の燃料処理装置の概略構成を説明するための模式図である。
【図２】第１実施形態の燃料処理装置の作動を説明するためのフローである。
【図３】第１実施形態の燃料処理装置の水槽内の水の交換を説明するためのフローである。
【図４】本発明に係る第２実施形態の燃料処理装置の概略構成を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る実施形態が添付図面に基づいて説明される。まず、第１実施形態が説明される。
【００１６】
第１実施形態に係る燃料処理装置１０は図１に模式的に表されている。燃料処理装置１０は、車両に搭載されたディーゼルエンジンの燃料タンク１２に適用されているが、そのうちの、エンジン本体および燃料供給系等を含む大部分は図１では省略されている。
【００１７】
燃料タンク１２内には、軽油、バイオ燃料１００％の燃料、あるいは、バイオ燃料と軽油とが所定の割合で混合された燃料が給油され得る。したがって、燃料タンク１２内の燃料Ｌにおけるバイオ燃料の割合つまり濃度は変化し得る。
【００１８】
燃料処理装置１０は、水Ｗを内部に含む水槽１４と、燃料タンク１２内の燃料を攪拌するように構成された攪拌装置１６と、燃料タンク１２内のガスを水槽１４内の水Ｗに導くように構成されたガス導入装置１８とを備える。
【００１９】
水槽１４の内部には、水Ｗが溜められている。水槽１４は、水追加用栓（不図示）と、水抜き用栓（不図示）とを備える。水追加用栓は、水槽１４の内部に水を追加する際に使用される栓であり、水槽１４の上面１４ｕまたはその周囲に設けられている。他方、水抜き用栓は、水槽１４の内部の水を抜く際に使用される栓であり、水槽１４の底面１４ｂまたはその周囲に設けられている。なお、水槽１４は耐酸性の材料からまたはそれを備えて構成されている。
【００２０】
攪拌装置１６は、攪拌子（回転子）２０と、攪拌子２０を回転させるためのスターラー２２とを備える。攪拌子２０は、燃料タンク１２内に収容されている。スターラー２２は、図示しない制御装置からの制御信号に基づいて作動され、マグネットの力（磁力）で、攪拌子２０を回転させる。
【００２１】
ガス導入装置１８は、燃料タンク１２と水槽１４との間でガスを循環可能にするように構成されている。したがって、ここでは、ガス導入装置１８は、ガス循環装置とも称され得る。具体的には、燃料タンク１２内から水槽１４内にガスを導くための第１通路２４と、水槽１４内から燃料タンク１２内にガスを導くための第２通路２６とを備える。
【００２２】
第１通路２４の上流側端部２４ｕは、燃料タンク１２内の鉛直方向上部に連通し、燃料タンク１２内の燃料Ｌを水槽１４内に導かないように位置付けられている。なお、第１通路２４を介して燃料タンク１２内の燃料Ｌが水槽１４内に導かれないように、上流側端部２４ｕを燃料Ｌから隔てる部材が備えられてもよい。他方、第１通路２４の下流側端部２４ｄは、水槽１４内に連通し、水槽１４内の水Ｗ内部に位置するように（水槽１４内の水Ｗに浸かるように）位置付けられている。ここでは、第１通路２４の下流側端部２４ｄは、水槽１４内の下部に連通するように位置付けられている。したがって、第１通路２４を介して、燃料タンク１２内のガスは水槽１４内の水に導かれることができる。
【００２３】
第２通路２６の上流側端部２６ｕは、水槽１４内の鉛直方向上部に連通し、水槽１４内の水Ｗを燃料タンク１２内に導かないように位置付けられている。具体的には、第２通路２６の上流側端部２６ｕは、水槽１４内の水Ｗより上方の空間ＷＵに位置付けられている。なお、第２通路２６を介して水槽１４内の水Ｗが燃料タンク１２内に導かれないように、上流側端部２６ｕを水Ｗから隔てる部材が備えられてもよい。他方、第２通路２６の下流側端部２６ｄは、燃料タンク１２内に連通している。ここでは、第２通路２６の下流側端部２６ｄは、燃料タンク１２内の鉛直方向上部に位置付けられ、燃料タンク１２内の燃料Ｌより上方の空間ＬＵに位置付けられている。なお、第２通路２６の下流側端部２６ｄが燃料タンク１２内の燃料Ｌに浸からないように、下流側端部２６ｄを燃料Ｌから隔てる部材が備えられてもよい。
【００２４】
また、第１通路２４には、通路２４の連通状態を調整するための第１制御弁２８が設けられている。さらに、第１通路２４には、ポンプ３０が備えられている。なお、ここでは、第１制御弁２８は、第１通路２４において、ポンプ３０よりも上流側に設けられているが、それらの位置は逆にされてもよい。他方、第２通路２６には、通路２６の連通状態を調整するための第２制御弁３２が設けられている。これら第１制御弁２８、ポンプ３０、第２制御弁３２は、上記した図示しない制御装置からの作動信号に基づいて制御される。なお、制御弁２８、３２の各々は、アクチュエータを備えている。
【００２５】
なお、第１制御弁２８、ポンプ３０、第２制御弁３２は、燃料タンク１２と水槽１４との間でガスを循環させるように作動される。つまり、これらは燃料タンク１２内のガスを水槽１４内の水に導くように作動される。したがって、本第１実施形態の作動装置には、第１制御弁２８、ポンプ３０、第２制御弁３２が含まれ、さらに、これらを制御するための制御装置の一部も含まれる。なお、作動装置は、ガス導入装置１８に含まれる。
【００２６】
上記した制御装置（制御手段）は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート等を含んで構成されている。制御装置には、各種センサ類がＡ／Ｄ変換器等を介して電気的に接続されている。制御装置は、ＲＯＭ等の記憶装置に記憶されている各種データ等を用いると共に各種センサ類を用いて得られる検出値等に基づいて、適切に燃料Ｌ中から酸が除去されるように、スターラー２２、第１制御弁２８、ポンプ３０、第２制御弁３２の作動を制御する。制御装置に接続されるセンサ類には、バイオ濃度センサ３４および燃料温度センサ３６が含まれる。濃度センサ３４および燃料温度センサ３６は、燃料タンク１２に設けられている。濃度センサ３４は、燃料Ｌ中のバイオ燃料の濃度（バイオ燃料濃度）Ｘを検出するために備えられている。燃料温度センサ３６は、燃料Ｌの温度（燃料温度）Ｔを検出するために設けられている。なお、濃度検出手段は、濃度センサ３４と、制御装置の一部とを含んで構成される。また、温度検出手段は、燃料温度センサ３６と、制御装置の一部を含んで構成される。なお、濃度センサ３４として種々のセンサが用いられ得るが、例えば、アルコール濃度を検出するために用いられることができるセンサが用いられ得る。
【００２７】
ところで、ディーゼルエンジンで主に活用されているバイオ燃料には、ＦＡＭＥ（脂肪酸メチルエステル）がある。ＦＡＭＥが酸化した際に生成する酸の中には、ギ酸が多く含まれ、ときには、ギ酸が最も多く含まれる。このように生成して燃料Ｌ中に存在するギ酸は高い材料腐食性を有するので、燃料中から除去されることが望まれる。
【００２８】
ギ酸は低い沸点を有し、軽油等の燃料成分よりも相対的に低い沸点を有する。そこで、以下に図２のフローに基づいて説明される制御によって、効果的に燃料Ｌ中からギ酸を含む酸の除去が図られる。
【００２９】
なお、上記ディーゼルエンジン始動時といった初期状態には、スターラー２２およびポンプ３０は非作動状態にあり、また第１制御弁２８および第２制御弁３２は閉じられている。したがって、図２のフローには表されていないが、エンジンが停止するとき、スターラー２２およびポンプ３０は非作動状態にされ、また第１制御弁２８および第２制御弁３２は閉じられる。
【００３０】
燃料処理装置１０が適用された上記ディーゼルエンジンが始動されると、図２のフローが実行される。制御装置は、まず、濃度センサ３４からの出力信号に基づいて検出されたバイオ燃料濃度Ｘを所定濃度ＸLと比較する（ステップＳ２０１）。具体的には、バイオ燃料濃度Ｘが所定濃度ＸLより高いか否かが判定される。この判定により、例えば、現在の使用燃料がギ酸等の酸をある程度以上生成してそれらを含む可能性のある燃料であるか否かが判断され得る。なお、所定濃度ＸLは例えば５％である。
【００３１】
そして、バイオ燃料濃度Ｘが所定濃度ＸLより高くないと判断された場合（ステップＳ２０１で否定判定）、スターラー２２およびポンプ３０は非作動にされ、また第１制御弁２８および第２制御弁３２は閉じられるように、それらは制御される（ステップＳ２０３）。なお、スターラー２２およびポンプ３０が非作動状態にあり、また第１制御弁２８および第２制御弁３２が閉じられていた場合には、それらはその状態に維持される。
【００３２】
他方、バイオ燃料濃度Ｘが所定濃度ＸLより高いと判断された場合（ステップＳ２０１で肯定判定）、燃料温度センサ３６からの出力信号に基づいて検出された燃料温度Ｔが所定温度ＴLと比較される（ステップＳ２０５）。具体的には、燃料温度Ｔが所定温度ＴLよりも低いか否かが判定される。この判定により、例えば、燃料温度がギ酸といった酸（主にギ酸）の気化ないしは揮発が生じ易い温度であって軽油成分といった燃料成分の気化ないしは揮発が生じ難い温度であるか否かが判断され得る。なお、所定温度ＸLは例えば７０℃である。なお、ここで、燃料温度Ｔが、上限温度を上記所定温度ＴLとする所定温度範囲内の温度であるか否かが判定されてもよい。
【００３３】
そして、燃料温度Ｔが所定温度ＴLよりも低くないと判断された場合（ステップＳ２０５で否定判定）、スターラー２２およびポンプ３０は非作動にされ、また第１制御弁２８および第２制御弁３２は閉じられる（ステップＳ２０３）。なお、スターラー２２およびポンプ３０は非作動状態にあり、また第１制御弁２８および第２制御弁３２が閉じられていた場合には、それらはその状態に維持される。
【００３４】
そして、燃料温度Ｔが所定温度ＴLよりも低いと判断された場合（ステップＳ２０５で肯定判定）、燃料処理装置１０が作動される（ステップＳ２０７）。具体的には、これにより、スターラー２２およびポンプ３０は作動され、また第１制御弁２８および第２制御弁３は開かれる。
【００３５】
この結果、スターラー２２が作動されるので、攪拌子２０が回転され、燃料タンク１２内の燃料Ｌが攪拌される。この攪拌により、燃料Ｌ中の低沸点物質である例えばギ酸の気化は促される。軽油等の燃料成分の初留点ないしは沸点は約２００℃であり、ギ酸の沸点は約１００℃であるので、燃料中のギ酸等の酸の選択的な気化ないしは揮発が促され得る。その結果、燃料タンク１２内の燃料Ｌより上方の空間ＬＵのガスにおけるギ酸等の酸の割合ないしは濃度を高めることができる。
【００３６】
ギ酸等の酸の割合ないしは濃度の高まった空間ＬＵのガスは、第１通路２４を介して水槽１４内に導かれ、水槽１４の水Ｗに導入される。これにより、ギ酸は水槽１４中の水Ｗに溶けることが可能になる。そして、ギ酸の割合の減ったガスは水槽１４内の水Ｗより上方の空間ＷＵに集まり、第２通路２６を介して、燃料タンク１２に導かれる。
【００３７】
このように、スターラー２２およびポンプ３０が作動され、また第１制御弁２８および第２制御弁３が開かれることで、燃料タンク１２と水槽１４との間でガスが循環可能にされる。そして、このガスの循環により、ギ酸といった酸を、燃料タンク１２の中の燃料Ｌから適切に除去することができる。
【００３８】
なお、上記したように、このようなガスの循環による酸の除去は、バイオ燃料濃度Ｘが所定濃度ＸLより高いときに行われるので、バイオ燃料を使用していないときなどには、燃料処理装置１０が作動されない。これにより、省エネルギーを達成することができる。
【００３９】
また、上記したように、このようなガスの循環による酸の除去は、燃料温度Ｔが所定温度ＴLより低いときに行われるので、例えば、燃料温度Ｔが所定温度ＴL以上のときには、燃料温度Ｔが所定温度ＴLより下がるまで燃料処理装置１０は作動されない。したがって、酸の除去処理中、燃料Ｌ中の燃料成分の気化ないしは揮発を極力抑制することができる。故に、燃料タンク１２内の燃料Ｌより上方の空間ＬＵのガスにおけるギ酸等の酸の割合ないしは濃度を適切に高め、そのような燃料中からの酸の除去を適切に実行することが可能になる。
【００４０】
他方、水槽１４内の水Ｗはある程度使用されたとき、交換される。水Ｗの交換時期は燃料処理装置１０の総作動時間に基づいて判断される。水Ｗの交換が図３のフローに基づいて説明される。
【００４１】
上記制御装置は、燃料処理装置１０が作動している時間を累積的に計測する。そのために、制御装置は時間計測手段を備え、時間計測手段によって計測した時間を累積的に加算して記憶装置に記憶する。この累積的な時間の計測は、エンジンの起動、停止後も、継続して行われる。例えば、制御装置は、第１制御弁２８および第２制御弁３２の両方またはいずれか一方が開かれている時間を計測および加算して、その時間を燃料処理時間（燃料処理装置１０の総作動時間）として記憶する。なお、初期状態では、燃料処理時間は零にされていて、水槽１４の水Ｗが交換されるときリセットされる。ここでは、水槽１４の水Ｗが交換されるときに、運転者等がスイッチ（不図示）を押すことで、燃料処理時間はリセットされる。燃料処理時間は、水Ｗの交換に伴って、センサ等を用いて自動的にリセットされてもよい。
【００４２】
制御装置は、第１制御弁２８が開かれている時間（ステップＳ２０７に至ったときからエンジンが停止されるまでの時間またはステップＳ２０３に至るときまでの時間）を計測および加算して、燃料処理時間として記憶する。そして、制御装置は、その燃料処理時間が所定時間以上か否かを判定する（ステップＳ３０１）。
【００４３】
そして、燃料処理時間が所定時間以上であると判断されると（ステップＳ３０１で肯定判定）、運転席のフロントパネル等に設けられたランプ（不図示）が点灯される（ステップＳ３０３）。これにより、運転者は、水槽１４の水Ｗの劣化を知ることができ、水Ｗの交換を促される。
【００４４】
以上、第１実施形態の燃料処理装置１０を説明したが、種々の変更が適用され得る。例えば、第１通路２４の第１制御弁２８および第２通路２６の第２制御弁３２は省略されることができる。また、第１通路２４のポンプ３０は省かれて、代わりに、第２通路２６にポンプが設けられてもよい。
【００４５】
また、攪拌装置１６は、攪拌子２０とスターラー２２とを備えることに限定されず、他の構成を備えることができる。例えば、攪拌装置１６は、制御装置によって作動が制御される羽根車を備えることができる。
【００４６】
また、燃料タンク１２には、燃料タンク１２内の温度を所定温度（例えば１０℃）以上に維持するための加熱手段が備えられてもよい。加熱手段は、例えば、排気通路の熱つまり排ガスの熱を伝える伝熱部材を備えることができる。
【００４７】
次に、本発明に係る第２実施形態の燃料処理装置１００を説明する。燃料処理装置１００は、上記燃料処理装置１０に対して、水槽１４内の水Ｗの浄化装置を備えるという特徴を有する。燃料処理装置１００は、それ以外の点では上記燃料処理装置１０と概ね同じ構成を備え、同様に作動され、同様の効果を奏し、燃料処理装置１０と同様の変更が適用され得る。それ故、以下では、その相違点に関して主に説明し、既に説明した構成要素に対応する構成要素には同じまたは対応する符号を付して、重複する説明を省略する。
【００４８】
燃料処理装置１００は、水槽１４内の水Ｗの浄化装置１０２を備える。浄化装置１０２は、水槽１４内の水Ｗの一部を取り出して、取り出した水ＷＰを浄化部１０４に導き、浄化部１０４を経た水ＷＰを水槽１４内に戻す水通路１０６を有する。水通路１０６には、ポンプ１０８が設けられている。ポンプ１０８は、制御装置からの作動信号に基づいて作動される。なお、水通路１０６の上流側端部１０６ｕおよび下流側端部１０６ｄは共に水槽１４の水Ｗが溜まる部分、例えば下部に位置付けられるとよい。
【００４９】
浄化部１０４には、ギ酸といった酸を除去する機能を有する部材が配置される。具体的には、浄化部１０４の外殻部材１０４ｍに活性炭１０４ｎが収容されている。なお、浄化部１０４の外殻部材１０４ｍに、ギ酸といった酸を除去する機能を有する部材として、イオン交換樹脂が収容されることもできる。
【００５０】
なお、浄化装置１０２のポンプ１０８の作動は、上記第１実施形態で説明したように、燃料処理時間が所定時間以上になったときに、別の所定時間のみ行われることができる。ポンプ１０８は、定期的にまたは継続的に、作動されてもよい。また、浄化部１０４内の部材１０４ｎは適宜交換され得る。
【００５１】
なお、上記２つの実施形態では、燃料中の酸除去装置である燃料処理装置１０、１００が適用されたエンジンは、自動車用エンジンとしてのディーゼルエンジンであった。しかし、バイオ燃料を燃料として使用する種々のエンジン（内燃機関を含む。）に、本発明は適用可能である。適用可能なエンジンの用途は、自動車に限定されない。
【００５２】
以上、本発明を上記２つの実施形態およびその変形例に基づいて説明した。しかし、本発明は、それら実施形態等に限定されず、他の実施形態を許容する。本発明には、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が含まれる。したがって本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。  
【符号の説明】
【００５３】
１０、１００  燃料処理装置
１２  燃料タンク
１４  水槽
１６  攪拌装置
１８  ガス導入装置（循環装置）
２８  第１制御弁
３０  ポンプ
３２  第２制御弁
【図１】
2011149288.tif 000003
【図２】
2011149288.tif 000004
【図３】
2011149288.tif 000005
【図４】
2011149288.tif 000006