(57)【要約】【課題】  燃料を高温に安定して加熱できるとともに分留された燃料を迅速に冷却できる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の燃料供給系統に接続され、燃料を気相と液相とに分留する分留通路２０を備えた内燃機関の燃料分留装置１９において、前記分留通路は、前記内燃機関の異なる気筒から排出された排気を集合させる排気集合部４ａに設けられている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃料供給系統に接続され、燃料を気相と液相とに分留する分留通路を備えた内燃機関の燃料分留装置において、
前記分留通路は、前記内燃機関の異なる気筒から排出された排気を集合させる排気集合部に設けられていることを特徴とする内燃機関の燃料分留装置。
【請求項２】
ターボチャージャと、前記ターボチャージャのセンターハウジングを冷却する冷却手段と、が前記内燃機関に設けられ、
前記冷却手段を利用して前記分留通路にて分留された気相の燃料を冷却する燃料冷却手段を備えてい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】
ターボチャージャを備えた内燃機関に適用され、前記内燃機関の燃料供給系統に接続されて燃料を気相と液相とに分留する分留通路を備えた内燃機関の燃料分留装置において、
前記分留通路は、前記ターボチャージャのタービンハウジングに設けられていることを特徴とする内燃機関の燃料分留装置。
【請求項４】
ターボチャージャと、前記ターボチャージャの上流側の排気通路に配置される触媒と、を備えた内燃機関に適用され、前記内燃機関の燃料供給系統に接続されて燃料を気相と液相とに分留する分留通路を備えた内燃機関の燃料分留装置において、
前記分留通路は、前記触媒の下流側且つ前記ターボチャージャの上流側の排気通路に設けられていることを特徴とする内燃機関の燃料分留装置。
【請求項５】
前記ターボチャージャのセンターハウジングを冷却する冷却手段が設けられ、
前記冷却手段を利用して前記分留通路にて分留された気相の燃料を冷却する燃料冷却手段を備えていることを特徴とする請求項３又は４に記載の内燃機関の燃料分留装置。
【請求項６】
前記冷却手段として冷却水通路が前記センターハウジングに設けられ、前記燃料冷却手段は前記冷却水通路を流通する冷却水を利用して分留された気相の燃料を冷却することを特徴とする請求項２又は５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、内燃機関の燃料分留装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
排気熱で燃料を加熱して高沸点成分と低沸点成分とに分留し、分留した低沸点成分を還元剤としてＮＯｘ吸収剤へ供給する排気浄化装置が知られている（特許文献１参照）。その他に本発明と関連する技術としては特許文献２〜４がある。
【特許文献１】特許第３０９３９０５号公報
【特許文献２】特許第２８５０５４７号公報
【特許文献３】特開平１０−２１２９６６号公報
【特許文献４】特開平７−２１７４２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
燃料から低沸点成分を安定に回収するためには、燃料を安定して高温に加熱する必要がある。燃料を高温に加熱可能な場所としては例えば排気マニホールドがあるが、ここでは内燃機関の各気筒から排気が排出される時期とそれ以外の時期とで排気の温度が大きく変動する。そのため、燃料が安定に加熱されないおそれがある。また、従来の装置では、分留された燃料が燃料通路内に保持されて排気熱によってさらに加熱されるので、燃料が酸化及び炭化して燃料通路内をコーキングし、燃料通路に詰まりを発生させる可能性がある。
【０００４】
そこで、本発明は、燃料を高温に安定して加熱できるとともに分留された燃料を迅速に冷却できる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】
本発明の第一の内燃機関の燃料分留装置は、内燃機関の燃料供給系統に接続され、燃料を気相と液相とに分留する分留通路を備えた内燃機関の燃料分留装置において、前記分留通路は、前記内燃機関の異なる気筒から排出された排気を集合させる排気集合部に設けられていることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００６】
本発明の第一の内燃機関の燃料分留装置によれば、異なる排気から排出された排気が混合されつつ流入する排気集合部に分留通路を設けたので、排気温度の変動を抑制して燃料を安定に加熱することができる。
【０００７】
本発明の第一の燃料分留装置は、ターボチャージャと、前記ターボチャージャのセンターハウジングを冷却する冷却手段と、が前記内燃機関に設けられ、前記冷却手段を利用して前記分留通路にて分留された気相の燃料を冷却する燃料冷却手段を備えていてもよい（請求項２）。このようにターボチャージャに既設の冷却手段を利用して気相の燃料を冷却することで、気相の燃料を冷却するための冷却機構を新たに設ける必要がない。そのため、燃料分留装置の部品数の増加を抑制することができる。燃料冷却手段によって分留された気相の燃料を冷却して液化させることで、過熱による燃料の酸化や炭化を防止することができる。また、燃料分留通路で加熱した後、迅速に冷却して液化させることで燃料の拡散を防止し、通路によって速やかに所望の場所（例えば貯留タンク等）へ移動させることができる。
【０００８】
本発明の第二の内燃機関の燃料分留装置は、ターボチャージャを備えた内燃機関に適用され、前記内燃機関の燃料供給系統に接続されて燃料を気相と液相とに分留する分留通路を備えた内燃機関の燃料分留装置において、前記分留通路は、前記ターボチャージャのタービンハウジングに設けられていることにより、上述した課題を解決する（請求項３）。
【０００９】
本発明の第二の内燃機関の燃料分留装置によれば、高温の排気が導入されるタービンハウジングに燃料分留通路を設けたので、燃料を高温の排気の熱で加熱することができる。また、タービンハウジングの温度の変動は排気温度の変動よりも小さいので、分留通路をタービンハウジングに設けたことによって、より燃料を安定に加熱することができる。また、タービンハウジングに燃料分留通路を設けてターボチャージャの熱で燃料を加熱することにより、排気通路等に新たに燃料を加熱する加熱手段を設ける必要がない。そのため、燃料分留装置の部品数の増加を抑制することができる。
【００１０】
本発明の第三の内燃機関の燃料分留装置は、ターボチャージャと、前記ターボチャージャの上流側の排気通路に配置される触媒と、を備えた内燃機関に適用され、前記内燃機関の燃料供給系統に接続されて燃料を気相と液相とに分留する分留通路を備えた内燃機関の燃料分留装置において、前記分留通路は、前記触媒の下流側且つ前記ターボチャージャの上流側の排気通路に設けられていることにより、上述した課題を解決する（請求項４）。
【００１１】
本発明の第三の内燃機関の燃料分留装置によれば、分留通路がターボチャージャの上流側の排気通路に設けられているので、ターボチャージャによって排気エネルギを回収される前の排気で燃料を加熱することができる。さらに、分留通路を触媒の下流側に配置したので、触媒における反応（例えば排気に含まれる燃料の酸化反応）に伴って発生する熱で昇温された排気を利用して燃料を加熱することができる。
【００１２】
本発明の第二及び第三の燃料分留装置は、前記ターボチャージャのセンターハウジングを冷却する冷却手段が設けられ、前記冷却手段を利用して前記分留通路にて分留された気相の燃料を冷却する燃料冷却手段を備えていてもよい（請求項５）。このように分留した気相の燃料を冷却することにより、過熱による燃料の酸化や炭化を防止することができる。また、既設の冷却手段を利用することで冷却機構を新たに設ける必要がなく、燃料分留装置の部品数の増加を抑制することができる。
【００１３】
燃料の冷却は、分留通路で分留された気相の燃料が迅速に冷却できるように分留通路の近くに配置されていることが望ましい。また、冷却効率を考慮すると空冷よりも水冷の方が迅速に燃料を冷却することができる。そこで、本発明の燃料分留装置は、前記冷却手段として冷却水通路が前記センターハウジングに設けられ、前記燃料冷却手段は前記冷却水通路を流通する冷却水を利用して分留された気相の燃料を冷却してもよい（請求項６）。
【００１４】
分留された気相の燃料には低沸点成分の燃料が多く含まれている。そのため、例えば排気浄化触媒として吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が設けられた場合は触媒へ還元剤として添加することで、触媒内における還元剤の反応が改善されてＮＯｘの還元効率を向上させることができる。また、内燃機関の始動時に吸気通路へ供給して内燃機関の始動性を向上させることもできる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、燃料分留通路を排気集合部、タービンハウジング、又はターボ前触媒の下流側且つターボチャージャの上流側の排気通路へ配置したので、燃料を安定して高温に加熱することができる。そのため、燃料を安定に気相と液相に分留し、気相の燃料の収率を向上させることができる。また、燃料冷却手段により分留した気相の燃料を冷却して燃料の酸化や炭化を防止するので、燃料のコーキング等による詰まり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】
【００１６】
（第一の実施形態）
図１に本発明の一実施形態に係る燃料分留装置が組み込まれた内燃機関を示す。図１の内燃機関１は、複数（図１では４つ）の気筒２を有するディーゼルエンジンとして構成される。周知のように、内燃機関１には吸気通路３及び排気通路４が接続され、吸気通路３には吸気濾過用のエアフィルタ５、ターボチャージャ６のコンプレッサ部６ａ、吸気を冷却するインタークーラ７、吸気量調整用のスロットルバルブ８が設けられている。排気通路４には、ターボチャージャ６の排気タービン部６ｂ、排気浄化触媒９が設けられている。排気浄化触媒９としては、例えば酸化触媒や吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が利用される。排気通路４は、排気の一部を吸気通路３へ戻すためＥＧＲクーラ１０及びＥＧＲ弁１１を介してＥＧＲ通路１２によって吸気通路３と接続されている。図２に示したように、ターボチャージャ６のセンターハウジング６ｃには、センターハウジング６ｃを冷却するため冷却手段としての冷却水通路６ｄが設けられている。また、センターハウジング６ｃには、冷却水通路６ｄへ冷却水を導入するための冷却水導入通路６ｅが接続されている。
【００１７】
内燃機関１には、燃料供給装置１３が設けられる。燃料供給装置１３は、各気筒２内へ燃料を噴射する燃料噴射弁１４と、燃料噴射弁１４から噴射する高圧の燃料を蓄えるコモンレール１５と、燃料を貯留する燃料タンク１６と、燃料タンク１６からコモンレール１５へ燃料を供給する燃料ポンプ１７と、燃料ポンプ１７により供給された燃料のうち余剰な燃料を燃料タンク１６へ戻すリターン通路１８とを備えている。
【００１８】
また、内燃機関１には、燃料を分留するための燃料分留装置１９が設けられている。燃料分留装置１９は、分留通路２０と、リターン通路１８から分留通路２０へ供給される燃料の流量を調整する流量調整バルブ２１と、分留通路２０から分岐する気相通路２２及び液相通路２３とを備えている。分留通路２０は、排気集合部４ａ内に配置されて燃料を目標温度（例えば２２０度）まで昇温させる分留区間２０ａと、分留区間２０ａで分留された気相の燃料を気相通路２２へ、液相の燃料を液相通路２３へそれぞれ導く分岐部２０ｂとを備えている。図３に、分留区間２０ａ及び分岐部２０ｂの構造の一例を示す。図３において分留通路２０は、分留区間２０ａと分岐部２０ｂとの間に水平区間２０ｃを有している。液相通路２３は、分岐部２０ｂにおいて鉛直下方へ延びるように水平区間２０ｃと接続されている。一方、気相通路２２は、水平区間２０ｃから水平方向へ延びるように接続されている。このように液相通路２３を鉛直下方へ延びるように接続させることで分留された液相の燃料のみを重力によって液相通路２３へ導くことができる。そのため、分留された燃料を混合させることなく気相の燃料を気相通路２２へ、液相の燃料を液相通路２３へそれぞれ導くことができる。
【００１９】
気相通路２２は、センターハウジング６ｃ内に配置される気相燃料冷却区間２２ａを備えている。また、液相通路２３もセンターハウジング６ｃ内に配置される液相燃料冷却区間２３ａを備えている。気相燃料冷却区間２２ａ及び液相燃料冷却区間２３ａは、例えば図２に示したように冷却水通路６ｄ内を通過するように配置される。このように気相燃料冷却区間２２ａ及び液相燃料冷却区間２３ａを配置することにより、分留された気相の燃料及び液相の燃料と冷却水とを熱交換させて、気相の燃料及び液相の燃料を冷却させることができる。これにより気相燃料冷却区間２２ａは、燃料冷却手段として機能する。
【００２０】
なお、気相燃料冷却区間２２ａ後の気相通路２２は、例えば燃料タンク１６とは異なる低沸点成分の燃料を貯留するためのタンク（不図示）に接続される。液相燃料冷却区間２３ａ後の液相通路２３は、燃料タンク１６に直接接続されていてもよいし、分留通路２０が接続された位置よりも下流側のリターン通路１８に接続されていてもよい。
【００２１】
図４に、排気集合部４ａの排気温度の変化（図４中のＡの温度変化）の一例を示す。また、比較例として排気マニホールド４ｂの排気温度の変化（図４中のＢの温度変化）の一例も併せて示す。図４において＃１〜＃４は、図１の＃１〜＃４の各気筒２から排気が排出されるタイミングを示している。図４から明らかなように、各気筒２から排出された排気が混合されつつ流入する排気集合部４ａの排気温度は、排気マニホールド４ｂの排気温度と比較して変動が小さい。また、排気集合部４ａは排気マニホールド４ｂの直後に接続されているので、図４に示したように排気集合部４ａの排気温度は、各気筒２から排気が排出されるタイミングに排気マニホールド４ｂの排気温度とほぼ同じ温度まで上昇する。
【００２２】
第一の実施形態によれば、燃料を分留する分留区間２０ａを排気集合部４ａに配置したので、燃料を高温に安定して加熱できる。また、気相通路２２と液相通路２３とには、気相燃料冷却区間２２ａ、液相燃料冷却区間２３ａがそれぞれ設けられているので、分留された気相の燃料及び液相の燃料を迅速に冷却させることができる。
【００２３】
なお、分留された気相の燃料には低沸点成分の燃料が多く含まれているので種々に利用することができる。例えば、排気浄化触媒９のＮＯｘ還元時に触媒９へ還元剤として添加することで、触媒９内における還元剤の反応が改善されてＮＯｘの還元効率を向上させることができる。その他触媒９に対しては、排気中の硫黄（Ｓ）分により被毒された機能を再生させるＳ再生や、排気中の粒子状物質（ＰＭ）の堆積により低下した機能を再生させるＰＭ再生が実行される。これらのいずれの機能再生時にも、低沸点成分の燃料を触媒９へ供給することで触媒９の再生効率を向上させることができる。また、内燃機関の始動時に吸気通路３へ添加することで、内燃機関１の始動性を向上させることもできる。
【００２４】
（第二の実施形態）
本発明の第二の実施形態を図５に示す。但し、本実施形態において、第一の実施形態と共通部分には同一の参照符号を使用し、それらの詳細な説明は省略する。本実施形態では、図５から明らかなように、分留通路２０の分留区間２０ａがターボチャージャ６のタービンハウジング６ｆに設けられている点が第一の実施形態と異なる。ターボチャージャ６のタービンハウジング６ｆは排気集合部４ａの直後に接続されているので、タービンハウジング６ｆには高温の排気が流入する。そのため、この高温の排気の熱を利用して燃料を加熱することができる。また、タービンハウジング６ｆの温度は排気温度と比較して変動が小さいので、より安定に燃料を加熱できる。分留区間２０ａで分留された気相の燃料と液相の燃料とは、分岐部２０ｂで気相通路２２と液相通路２３とにそれぞれ導かれた後、第一の実施形態と同様にセンターハウジング６ｃ内に設けられた気相燃料冷却区間２２ａ及び液相燃料冷却区間２３ａで冷却される。
【００２５】
図６に、タービンハウジング６ｆ内における分留区間２０ａの配置場所の一例を示す。図６のターボチャージャ６は、タービンハウジング６ｆの内側に隔壁６ｇを設けたツインエントリーターボとして構成されている。このような構造のターボチャージャでは、図６に示したように隔壁６ｇ内に分留区間２０ａを設けることで、排気と燃料との熱交換を効率よく行わせることができる。
【００２６】
第二の実施形態によれば、分留区間２０ａをタービンハウジング６ｆに配置したので、排気温度の変動をタービンハウジング６ｆによって抑制し、さらに安定に燃料を加熱することができる。また、気相通路２２及び液相通路２３には気相燃料冷却区間２２ａ、液相燃料冷却区間２３ａがそれぞれ設けられているので、分留された気相の燃料及び液相の燃料はそれぞれ迅速に冷却される。
【００２７】
なお、分留区間２０ａを配置する場所は隔壁６ｇに限定されない。分留区間２０ａ内を流通する燃料を排気の熱によって目標温度まで加熱して分留できるのであれば、ターボハウジング６ｆ内に自由に配置することができる。また、ターボチャージャ６として可変ノズル式ターボチャージャが設けられている場合は、ノズル開度を変更することによりターボチャージャで回収する排気エネルギ量を変化させることができる。この回収エネルギ量の変化は、タービンハウジング６ｆの温度を変化させ、分留区間２０ａの燃料へ供給される熱量を変化させる。そのため、ノズル開度を制御することにより、燃料の温度を調整することができる。
【００２８】
（第三の実施形態）
本発明の第三の実施形態を図７に示す。但し、本実施形態において、第一の実施形態と共通部分には同一の参照符号を使用し、それらの詳細な説明は省略する。本実施形態では、図７から明らかなように、ターボチャージャ６の上流側の排気通路４に酸化触媒２４が設けられ、分留通路２０の分留区間２０ａが酸化触媒２４の下流側且つタービン部６ｂの上流側の排気通路４に配置されている点が他の実施形態と異なる。
【００２９】
酸化触媒２４では、例えば排気に含まれる燃料等が酸化反応して熱が発生する。そのため、酸化触媒２４を通過することで排気温度が上昇する。分留区間２０ａは酸化触媒２４の下流側の排気通路４に配置されているので、酸化触媒２４を通過して昇温された排気によって燃料を加熱することができる。また、ターボチャージャ６によって排気エネルギを回収される前の排気で燃料を加熱することができる。なお、分留区間２０ａで分留された気相の燃料と液相の燃料とは、分岐部２０ｂで気相通路２２と液相通路２３とにそれぞれ導かれた後、他の実施形態と同様にセンターハウジング６ｃ内に設けられた気相燃料冷却区間２２ａ及び液相燃料冷却区間２３ａで冷却される。
【００３０】
第三の実施形態によれば、ターボチャージャ６によってエネルギが回収される前で、且つ酸化触媒２４で発生した熱により昇温された排気で、より高温に燃料を加熱することができる。また、気相燃料冷却区間２２ａ及び液相燃料冷却区間２３ａによって、分留された気相の燃料及び液相の燃料をそれぞれ迅速に冷却することができる。なお、ターボチャージャ６の上流側の排気通路４に配置される触媒は酸化触媒に限定されず、例えば燃料改質触媒などを配置してもよい。
【００３１】
本発明は以上の実施形態に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内において、種々の形態で実施してよい。例えば、内燃機関はディーゼルエンジンに限定されず、ガソリンエンジンに本発明を適用することもできる。また、気相燃料冷却区間及び液相燃料冷却区間を配置する場所は、冷却水通路内に限定されない。冷却水通路を流通する冷却水を利用して分留された気相の燃料と液相の燃料とを冷却して液化できるのであれば、センターハウジング内に自由に配置してよい。
【００３２】
本発明は、上述した実施形態のように排気集合部が一箇所のみの内燃機関への適用に限定されない。例えば、四気筒の内燃機関で＃１及び＃４の気筒から排出された排気をまとめる第一の排気集合部と＃２及び＃３の気筒から排出された排気をまとめる第二の排気集合部とを有し、それぞれの排気集合部でまとめられた排気がそれぞれターボチャージャに導入される内燃機関に本発明を適用してもよい。このように複数の排気集合部を有する構成の内燃機関へ本発明を適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の燃料分留装置の第一の実施形態を示す図。
【図２】図１のターボチャージャを拡大して示す図。
【図３】図１の分留通路の一部を拡大して示す図。
【図４】図１の排気集合部４ａにおける排気温度の変化の一例を示す図。
【図５】本発明の燃料分留装置の第二の実施形態を示す図。
【図６】タービンハウジング内に配置された分留区間の一例を示す図。
【図７】本発明の燃料分留装置の第三の実施形態を示す図。
【符号の説明】
【００３４】
１  内燃機関
４  排気通路
４ａ  排気集合部
６  ターボチャージャ
６ｃ  センターハウジング
６ｄ  冷却水通路（冷却手段）
６ｆ  タービンハウジング
１９  燃料分留装置
２０  分留通路
２２ａ  気相燃料冷却区間（燃料冷却手段）
２３ａ  液相燃料冷却区間
２４  酸化触媒
【図１】
2005163626.tif 000003
【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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【図７】
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