(57)【要約】【課題】  種々の目的に合わせて気相燃料と液相燃料とをそれぞれ良好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１１に接続され、前記燃料供給系統から供給された燃料を気相と液相とに分留する分留部１８と、前記分留部で分留された気相燃料が導かれる気相通路２２と、前記分留部で分留された液相燃料が導かれる液相通路２３と、を備えた内燃機関の燃料分留装置１６において、分留後の燃料と分留前の燃料とを熱交換させる少なくとも一つの熱交換器２７、２８を備え、前記燃料供給系統に近い側に配置される前記熱交換器には、気相通路が導かれる。【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、前記燃料供給系統から供給された燃料を気相と液相とに分留する分留部と、前記分留部で分留された気相燃料が導かれる気相通路と、前記分留部で分留された液相燃料が導かれる液相通路と、を備えた内燃機関の燃料分留装置において、
分留後の燃料と分留前の燃料とを熱交換させる少なくとも一つの熱交換器を備え、
前記燃料供給系統に近い側に配置される前記熱交換器には、気相通路が導か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】
内燃機関の燃料供給系統に接続され、前記燃料供給系統から供給された燃料を気相と液相とに分留する分留部と、前記分留部で分留された気相燃料が導かれる気相通路と、前記分留部で分留された液相燃料が導かれる液相通路と、を備えた内燃機関の燃料分留装置において、
分留後の燃料と分留前の燃料とを熱交換させる少なくとも一つの熱交換器を備え、
前記燃料供給系統に近い側に配置される前記熱交換器には、液相通路が導か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３】
内燃機関の燃料供給系統に接続され、前記燃料供給系統から供給された燃料を気相と液相とに分留する分留部と、前記分留部で分留された気相燃料が導かれる気相系と、前記分留部で分留された液相燃料が導かれる液相系と、を備えた内燃機関の燃料分留装置において、
分留後の燃料と分留前の燃料とを熱交換させる少なくとも一つの熱交換器を備え、
前記燃料供給系統に近い側に配置される前記熱交換器には、分留後の燃料の冷え難い方の系が導か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】
前記燃料供給系統から前記分留部へ供給する燃料の流量を調整する流量調整手段を備え、
前記流量調整手段は、前記燃料供給系統に近い側に配置される前記熱交換器よりも前記燃料供給系統側に配置されていることを特徴とする請求項１〜３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、内燃機関の燃料分留装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
改質後の燃料を、改質前の燃料及び空気と一つの熱交換器で熱交換させる燃料改質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がある。
【特許文献１】特開平７−２１７４２４号公報
【特許文献２】特開平１１−３０２６６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
分留部で燃料を気相と液相とに分留し、気相燃料及び液相燃料をそれぞれ分留部から回収する装置では、気相燃料と液相燃料とで回収される燃料量が異なる。従って、気相燃料と液相燃料とで熱交換器に要求される冷却性能が異なる。従来の装置では、一つの熱交換器で気相成分と液相成分の冷却を行っているので、異なる冷却要求に対応できない。そのため、気相燃料と液相燃料とをそれぞれ良好に冷却できないおそれがある。
【０００４】
そこで、本発明は、種々の目的に合わせて気相燃料と液相燃料とをそれぞれ良好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、前記燃料供給系統から供給された燃料を気相と液相とに分留する分留部と、前記分留部で分留された気相燃料が導かれる気相通路と、前記分留部で分留された液相燃料が導かれる液相通路と、を備えた内燃機関の燃料分留装置において、分留後の燃料と分留前の燃料とを熱交換させる少なくとも一つの熱交換器を備え、前記燃料供給系統に近い側に配置される前記熱交換器には、気相通路が導か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】
分留された気相燃料が気体のまま分留部付近で滞留していると、液相燃料の流れに巻き込まれて気相燃料が液相通路へ導かれるおそれがある。この場合、気相燃料の回収率が低下する。本発明の第一の燃料分留装置では、燃料供給系統に近い側に配置される熱交換器に気相燃料が導かれるので、分留部へ供給される燃料（以降、原料燃料と記述する。）と気相燃料とが先に熱交換される。従って、原料燃料と気相燃料との温度差を大きくすることができる。そのため、気相燃料が迅速に冷却されて液化される。これにより、分留部付近における気相燃料の滞留が抑制され、気相燃料の回収率を向上させることができる。なお、気相燃料と熱交換された原料燃料は、次に液相燃料と熱交換されてもよい。
【０００７】
本発明の第二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、前記燃料供給系統から供給された燃料を気相と液相とに分留する分留部と、前記分留部で分留された気相燃料が導かれる気相通路と、前記分留部で分留された液相燃料が導かれる液相通路と、を備えた内燃機関の燃料分留装置において、分留後の燃料と分留前の燃料とを熱交換させる少なくとも一つの熱交換器を備え、前記燃料供給系統に近い側に配置される前記熱交換器には、液相通路が導かれていることにより、上述した課題を解決する（請求項２）。
【０００８】
液相通路が燃料供給系統の燃料タンクに接続され、液相燃料が燃料タンクへ導かれている場合、大量の液相燃料が燃料タンクへ流れ込み燃料タンク内の燃料温度が上昇するおそれがある。本発明の第二の燃料分留装置によれば、燃料供給系統に近い側に配置される熱交換器に液相燃料が導かれているので、原料燃料と液相燃料とが先に熱交換される。この場合、原料燃料と液相燃料との温度差が大きくとれるので、液相燃料を十分に冷却させることができる。また、燃料を例えば２００〜２５０度程度で分留した場合、気相燃料よりも多くの液相燃料が回収される。そこで、液相燃料を先に原料燃料と熱交換させることにより、冷却後の液相燃料と気相燃料との温度差を小さくさせることができる。なお、液相燃料と熱交換された原料燃料は、次に気相燃料と熱交換されてもよい。
【０００９】
本発明の第三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、前記燃料供給系統から供給された燃料を気相と液相とに分留する分留部と、前記分留部で分留された気相燃料が導かれる気相系と、前記分留部で分留された液相燃料が導かれる液相系と、を備えた内燃機関の燃料分留装置において、分留後の燃料と分留前の燃料とを熱交換させる少なくとも一つの熱交換器を備え、前記燃料供給系統に近い側に配置される前記熱交換器には、分留後の燃料の冷え難い方の系が導かれていることにより、上述した課題を解決する（請求項３）。
【００１０】
本発明の第三の燃料分留装置によれば、燃料供給系統に近い側に配置される熱交換器に分留後の燃料の冷え難い方の系の燃料が導かれているので、冷却後の気相燃料と液相燃料との温度差をより小さくすることができる。なお、気相系と液相系のどちらが冷え難い系であるかを判別する方法の一例を以下に示す。まず、気相燃料及び液相燃料と原料燃料とを熱交換させないようにして、燃料の分留を行う。次に、各系を通過後の気相燃料及び液相燃料の温度を、数値計算や実験等から取得する。この際に取得した温度の高い方の系が冷え難い系である。
【００１１】
本発明の内燃機関の燃料分留装置は、前記燃料供給系統から前記分留部へ供給する燃料の流量を調整する流量調整手段を備え、前記流量調整手段は、前記燃料供給系統に近い側に配置される前記熱交換器よりも前記燃料供給系統側に配置されていてもよい（請求項４）。この場合、気相燃料や液相燃料により加熱された原料燃料が流量調整手段に流入しない。そのため、流量調整手段として例えば耐熱性の低い弁等が使用できる。一般に弁などは耐熱性が低いものほど安価であるため、このように流量調整手段を配置することにより、装置のコストを抑えることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、気相燃料を原料燃料と先に熱交換させて、気相燃料の回収率を向上させることができる。また、液相燃料を原料燃料と先に熱交換させて、冷却後の気相燃料と液相燃料との温度差を小さくさせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１に本発明の一実施形態の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を備えた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、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、吸気量調整用のスロットルバルブ７が設けられている。排気通路４には、ターボチャージャ５の排気タービン５ｂ、排気浄化触媒８が設けられている。排気浄化触媒８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９を介してＥＧＲ通路１０によって吸気通路３と接続されている。
【００１４】
内燃機関１には、燃料供給装置１１が設けられる。燃料供給装置１１は、各気筒２内へ燃料を噴射する燃料噴射弁１２と、燃料噴射弁１２から噴射する高圧の燃料を蓄えるコモンレール１３と、燃料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へ燃料を供給する燃料ポンプ１５とを備えている。燃料タンク１４には、燃料タンク１４内の圧力を調整するための大気連通管１４ａが設けられている。
【００１５】
また、内燃機関１には、燃料を分留する燃料分留装置１６と、分留した気相の燃料（気相燃料）を排気浄化触媒８の機能再生時に排気通路４へ添加する気相燃料添加装置１７とが設けられている。排気浄化触媒８である吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の機能再生には、触媒８に吸蔵されているＮＯｘを放出させるＮＯｘ還元と、触媒８に堆積した硫黄分（Ｓ）を放出させるＳ再生と、触媒８に付着した粒子状物質（ＰＭ）を燃焼させるＰＭ再生とがある。気相燃料添加装置１７は、これらのいずれの再生時においても気相燃料を排気通路４へ添加する。
【００１６】
燃料分留装置１６は、分留通路１８と、分留通路１８と燃料タンク１４とを接続する燃料供給通路１９と、燃料タンク１４の燃料を分留通路１８へ供給するための分留燃料供給ポンプ２０と、分留通路１８へ供給される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２１と、分留通路１８から分岐する気相通路２２及び液相通路２３と、気相燃料を貯留する気相燃料タンク２４とを備えている。気相燃料添加装置１７は、気相燃料を排気通路４へ添加するための気相燃料添加インジェクタ２５と、気相燃料タンク２４の気相燃料を気相燃料添加インジェクタ２５へ供給する気相燃料ポンプ２６とを備えている。
【００１７】
分留通路１８は、排気通路４の排気マニホールド４ａ内に配置されて原料燃料を目標温度（例えば２００〜２５０度）まで加熱して燃料の分留を促進させる分留区間１８ａと、分留区間１８ａで分留された気相燃料を気相通路２２へ、液相燃料を液相通路２３へそれぞれ導く分岐部１８ｂとを備えている。図２に、分岐部１８ｂの構造の一例を示す。図２に示したように気相通路２２は、分岐部１８ｂにおいて分留区間１８ａから水平方向へ延びるように接続されている。一方、液相通路２３は、分岐部１８ｂにおいて鉛直下方へ延びるように分留区間１８ａと接続されている。このように液相通路２３を接続して、液相燃料のみを重力によって液相通路２３へ導く。なお気相通路２２は気相燃料タンク２４と接続され、液相通路２３は燃料タンク１４に接続されている。
【００１８】
燃料分留装置１６には、原料燃料と気相燃料とを熱交換させる気相燃料熱交換器２７と、原料燃料と液相燃料とを熱交換させる液相燃料熱交換器２８と、が設けられている。図１の燃料分留装置１６では、まず原料燃料と気相燃料とを気相燃料熱交換器２７で熱交換させる。気相燃料を原料燃料と先に熱交換させることで、気相燃料を迅速に冷却させ、回収率を向上させることができる。次に原料燃料と液相燃料とを液相燃料熱交換器２８で熱交換させる。このように原料燃料を液相燃料とも熱交換させて、液相燃料の熱を有効に利用する。
【００１９】
図１から明らかなように、分留燃料供給ポンプ２０及び流量調整バルブ２１は、熱交換器２７、２８よりも燃料タンク１４側に設けられている。従って、分留燃料供給ポンプ２０及び流量調整バルブ２１には、気相燃料や液相燃料と熱交換された後の高温の原料燃料が流入することがない。そのため、分留燃料供給ポンプ２０及び流量調整バルブ２１には耐熱性の低いポンプやバルブを使用できる。
【００２０】
気相燃料熱交換器２７及び液相燃料熱交換器２８の配置位置は図１の位置に限定されない。例えば、原料燃料が先に液相燃料と熱交換され、次に気相燃料と熱交換されるように、燃料タンク１４に近い側に液相燃料熱交換器２８を配置してもよい。原料燃料を目標温度の例えば２００〜２５０度程度で分留した場合は、気相燃料よりも液相燃料の方が多く回収されることが多い。そこで、原料燃料を液相燃料と先に熱交換させて、液相燃料がより冷却されるようにする。この順序で気相燃料及び液相燃料と原料燃料とを熱交換させることにより、燃料タンク１４内の燃料と気相燃料タンク２４内の気相燃料との温度差を小さくすることができる。
【００２１】
また、燃料タンク１４内の燃料と気相燃料タンク２４内の気相燃料との温度差をさらに小さくさせるため、気相燃料が導かれる気相燃料系と液相燃料が導かれる液相燃料系とで、冷え難い方の系の燃料を先に原料燃料と熱交換させてもよい。なお、気相燃料系は気相通路２２及び気相燃料タンク２４など気相燃料が導かれる機器類を示し、液相燃料系は液相通路２３及び燃料タンク１４など液相燃料が導かれる機器類を示す。冷え難い系の判別は、実験や数値計算などによって行う。例えば熱交換器２７、２８を外した状態（即ち気相燃料及び液相燃料と原料燃料とを熱交換させない状態）で原料燃料を分留させ、系全体の温度が高くなった方又は、系通過後の燃料温度の高い方の系が冷え難い系であると判断する。また、気相燃料及び液相燃料を原料燃料と熱交換させない場合の各系の熱収支を計算し、この熱収支の結果を比較して判断してもよい。
【００２２】
分留によって回収される液相燃料量と気相燃料量との比率がほぼ同等の場合、原料燃料を気相燃料及び液相燃料と熱交換させる順序を以下に示した方法で決定してもよい。例えば、気相通路２２と液相通路２４の配管長さを比較し、長さの短い方から先に原料燃料と熱交換させてもよい。気相通路２２と液相通路２４との配管径が異なる場合は、気相通路２２と液相通路２４の放熱面積を比較し、放熱面積の小さい方から先に原料燃料と熱交換させてもよい。また、気相燃料系と液相燃料系の系全体の放熱面積を比較し、この系全体の放熱面積が小さい方から先に原料燃料と熱交換させてもよい。
【００２３】
原料燃料は、気相燃料と液相燃料の両方の燃料と熱交換されなくともよい。例えば、分留によって回収される気相燃料量が少ない（気相燃料の回収率が低い）場合、液相燃料熱交換器２８のみが設けられていてもよい。気相燃料の回収率が低い場合、液相燃料量が多くなるので、液相燃料系の温度を下げるために液相燃料を先に冷却した方がよい。この際、大量の液相燃料との熱交換によって原料燃料の温度が上昇し、次に原料燃料と気相燃料とを熱交換させる際の気相燃料と原料燃料との温度差が小さくなる可能性がある。このように原料燃料と気相燃料との温度差が小さくなると、原料燃料によって気相燃料が十分に冷却されないおそれがある。そのため、気相燃料を原料燃料とではなく、例えば外気などと熱交換させる方が気相燃料を良好に冷却させることができる。このように、一方の熱交換器で原料燃料の温度が上昇し、他方の熱交換器で原料燃料と分留後の燃料との温度差が十分にとれないと判断される場合、原料燃料が気相燃料又は液相燃料の片方のみと熱交換されるように、気相燃料熱交換器２７又は液相燃料熱交換器２８の片方のみが設けられてもよい。
【００２４】
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。気相燃料の供給先及び供給時期は、排気通路及び排気浄化触媒の機能再生時に限定されない。例えば内燃機関の始動時に吸気通路へ供給してもよい。気相燃料は低沸点成分の燃料を多く含んでいるので、始動時に吸気通路へ供給することで内燃機関の始動性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の燃料分留装置が組み込まれた内燃機関を示す図。
【図２】分留通路の一部を拡大して示す図。
【符号の説明】
【００２６】
１  内燃機関
１１  燃料供給装置（燃料供給系統）
１６  燃料分留装置
１８  分留通路（分留部）
２１  流量調整バルブ（流量調整手段）
２２  気相通路
２３  液相通路
２７  気相燃料熱交換器
２８  液相燃料熱交換器
【図１】
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【図２】
2005220799.tif 000004