(57)【要約】【課題】  気相燃料の燃料流通方向への移動を促進させ、気相燃料の回収量を増加させ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の燃料供給系統１１から供給される燃料を流通させつつ加熱して前記燃料から気相燃料を生成する分留通路１７を備えた内燃機関の燃料分留装置１５において、前記分留通路内にて生成される気相燃料の燃料の流通方向への移動を促進する気相燃料移動促進手段１７ａ、１７ｂ、２４、３０を備える。【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から供給される燃料を流通させつつ加熱して前記燃料から気相燃料を生成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、
前記分留通路内にて生成される気相燃料の燃料の流通方向への移動を促進する気相燃料移動促進手段を備えたことを特徴とする内燃機関の燃料分留装置。
【請求項２】
前記分留通路に供給する燃料量を調整する燃料量調整手段を備え、
前記気相燃料移動促進手段として、前記分留通路に供給される燃料量が周期的に変化するように前記燃料量調整手段の動作を制御する制御手段が設けられ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】
前記制御手段は、前記分留通路内において燃料の流れに脈動が生じるように前記燃料量調整手段の動作を制御することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の燃料分留装置。
【請求項４】
前記気相燃料移動促進手段として、前記分留通路が上流より下流が下方に位置するように傾斜させた傾斜部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５】
前記傾斜部が前記分留通路の下流側に設けられ、かつ前記分留通路の上流側よりも下流側の傾斜が大きいことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の燃料分留装置。
【請求項６】
前記分留通路の終端には生成された気相燃料が導かれる気相通路が接続され、
前記気相通路は、前記終端からさらに下方に延びていることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の燃料分留装置。
【請求項７】
前記気相燃料移動促進手段として、前記分留通路における燃料の流通方向に流れるキャリアガスを前記分留通路に供給するキャリアガス供給手段が設けられ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。
【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】
燃料を加熱して低沸点ＨＣを生成し、この低沸点ＨＣを触媒上流から供給する装置が知られている（特許文献１参照）。また、燃料通路に蓄えた燃料を排気熱で加熱し、この加熱した燃料を触媒上流から供給する装置が知られている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特許第２８５０５４７号公報
【特許文献２】特許第３０９３９０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の装置では、加熱により気相となった燃料（気相燃料）が通路内に漂って移動しない可能性がある。この通路内における気相燃料の滞留は回収量を低減させる。
【０００４】
そこで、本発明は、気相燃料の燃料流通方向への移動を促進させ、気相燃料の回収量を増加させ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、内燃機関の燃料供給系統から供給される燃料を流通させつつ加熱して前記燃料から気相燃料を生成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、前記分留通路内にて生成される気相燃料の燃料の流通方向への移動を促進する気相燃料移動促進手段を備えたことにより、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、気相燃料移動促進手段によって分留通路内における気相燃料の移動を促進させることができる。そのため、気相燃料の回収量を増加させることができる。なお、燃料の流通方向とは、分留通路内において燃料の流れる方向を示している。
【０００７】
本発明の内燃機関の燃料分留装置は、前記分留通路に供給する燃料量を調整する燃料量調整手段を備え、前記気相燃料移動促進手段として、前記分留通路に供給される燃料量が周期的に変化するように前記燃料量調整手段の動作を制御する制御手段が設けられていてもよい（請求項２）。分留通路に供給する燃料量を周期的に変化させることで、分留通路内の燃料流れに燃料流量の多い部分と少ない部分とを交互に生じさせることができる。このように燃料の流れに変化を生じさせることで、燃料流量の多い部分によって分留通路内に滞留している気相燃料を燃料の流れ方向に押し出すことができる。そのため、気相燃料の移動を促進させることができる。なお、変化させる燃料量には燃料量をゼロにする場合、即ち燃料を供給しない場合も含まれる。
【０００８】
本発明の内燃機関の燃料分留装置において、前記制御手段は、前記分留通路内において燃料の流れに脈動が生じるように前記燃料量調整手段の動作を制御してもよい（請求項３）。このように分留通路内における燃料の流れに脈動を生じさせることで流れの強い部分と弱い部分とを交互に生じさせ、気相燃料の移動を確実に促進させる。
【０００９】
本発明の内燃機関の燃料分留装置は、前記気相燃料移動促進手段として、前記分留通路が上流より下流が下方に位置するように傾斜させた傾斜部を備えていてもよい（請求項４）。この場合、傾斜部によって気相燃料を加速させることができる。この気相燃料の加速は気相燃料の慣性力を増加させるので、分留通路内で気相燃料が滞留し難くなる。そのため気相燃料の移動が促進される。
【００１０】
本発明の内燃機関の燃料分留装置は、前記傾斜部が前記分留通路の下流側に設けられ、かつ前記分留通路の上流側よりも下流側の傾斜が大きくてもよい（請求項５）。分留通路がこのように傾斜していることで下流よりも傾斜が緩やかな上流において燃料を十分に加熱し、気相燃料の生成を促進させることができる。また、生成した気相燃料を下流側の傾斜部において加速させることができるので、移動を促進させることができる。そのため、気相燃料の生成量を増加させるとともに回収量を増加させることができる。
【００１１】
本発明の内燃機関の燃料分留装置において、前記分留通路の終端には生成された気相燃料が導かれる気相通路が接続され、前記気相通路は、前記終端からさらに下方に延びていてもよい（請求項６）。気相通路を下方に延ばすことで、気相通路からの気相燃料の逆流を防止することができる。そのため、気相燃料の回収量を増加させることができる。
【００１２】
本発明の内燃機関の燃料分留装置は、前記気相燃料移動促進手段として、前記分留通路における燃料の流通方向に流れるキャリアガスを前記分留通路に供給するキャリアガス供給手段が設けられていてもよい（請求項７）。この場合、キャリアガスによって気相燃料を燃料流通方向に押し出すとともにキャリアガスによって気相燃料を加速させることができる。そのため、分留通路内における気相燃料の滞留を抑制し、気相燃料の回収量を増加させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上に説明したように、本発明によれば、気相燃料移動促進手段によって燃料の流通方向への気相燃料の移動が促進されるので、気相燃料の回収量を増加させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（第一の実施形態）
図１は、本発明の燃料分留装置を内燃機関としてのディーゼルエンジン１に適用した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、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、吸気量調節用の絞り弁７が、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がそれぞれ設けられている。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。
【００１５】
エンジン１には、燃料供給系統として燃料供給装置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燃料噴射弁１２と、燃料噴射弁１２に供給される高圧の燃料を蓄えるコモンレール１３と、燃料タンク（不図示）の燃料（以下、原料燃料と記述する。）をコモンレール１３に供給する燃料ポンプ１４とを備えている。
【００１６】
また、エンジン１には、原料燃料を、低分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１５と、排気浄化触媒８の機能再生時に排気浄化触媒８の上流側の排気通路４に軽質燃料を供給する軽質燃料供給装置１６とを備えている。
【００１７】
燃料分留装置１５は、原料燃料を流通させつつ加熱して軽質燃料と重質燃料とに分留する分留通路１７と、分留通路１７に供給する原料燃料量を調整する燃料量調整手段としての供給インジェクタ１８と、分留通路１７にて分留された軽質燃料が導かれる気相通路１９と、重質燃料が導かれる液相通路２０と、分留された軽質燃料を貯留する軽質燃料タンク２１とを備えている。分留通路１７は排気マニホールド４ａ内に配置され、排気熱を利用して原料燃料を目標温度（例えば２００〜２５０℃）まで加熱する。図１に示したように気相通路１９は軽質燃料タンク２１に接続されている。軽質燃料供給装置１６は、軽質燃料を排気通路４に添加する添加インジェクタ２２と、軽質燃料タンク２１から添加インジェクタ２２に軽質燃料を供給する軽質燃料ポンプ２３とを備えている。
【００１８】
供給インジェクタ１８の動作は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２４により制御される。ＥＣＵ２４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であるが、分留通路１７に供給される燃料量が周期的に変化するように供給インジェクタ１８の動作を制御することで、本発明の制御手段及び気相燃料移動促進手段として機能する。
【００１９】
ＥＣＵ２４は供給インジェクタ１８を周期的に開閉させ、断続的に分留通路１７に原料燃料を供給することで周期的に燃料量を変化させる。図２は、分留通路１７に供給する燃料量を周期的に変化させた場合の分留通路１７内における軽質燃料及び重質燃料の状態の一例を示している。分留通路１７に供給する燃料量を周期的に変化させることによって、分留通路１７内に燃料流量の多い部分と燃料流量の少ない部分とを交互に発生させることができる。この燃料流量の多い部分と燃料流量の少ない部分とは、図２に示したように液相の重質燃料の流れに液面の高い部分と液面の低い部分とを交互に発生させる。即ち、分留通路１７内の液相の重質燃料の流れに波を生じさせる。このように分留通路１７内における燃料の流れに脈動を生じさせることで、液面の高い部分などの流れの強い部分によって分留通路１７内に滞留している気相の軽質燃料を燃料の流れ方向に押し出し、軽質燃料の移動を促進させる。
【００２０】
次に、図３を参照して供給インジェクタ１８から一回に供給する燃料量の設定方法に関して説明する。図３（ａ）は、供給インジェクタ１８から一回に供給される燃料量（燃料供給量）と分留通路１７内における軽質燃料の温度及び重質燃料の温度との関係の一例を示している。軽質燃料の移動を促進させるためには燃料供給量を増加させて重質燃料の波を大きくさせた方が良いが、図３（ａ）に示したように燃料供給量を増加させていくと所定の燃料供給量（図３（ａ）の供給量Ｂ）以上で軽質燃料温度及び重質燃料温度が低下する。この温度の低下は軽質燃料の気化を阻害し、軽質燃料の回収量を低下させる。そこで、燃料温度を目標温度に維持しつつ軽質燃料の移動を促進させるため、燃料供給量を温度が低下し始める燃料供給量である図３（ａ）の供給量Ｂに設定する。以下、この設定を設定Ｂとする。図３（ｂ）〜（ｄ）を参照して設定Ｂにおける単位時間当たりの供給頻度、トータル供給量に関して説明する。図３（ｂ）は、図３（ａ）において燃料供給量を供給量Ａに設定した場合（以下、この設定を設定Ａとする。）及び燃料供給量を供給量Ｂに設定した場合（設定Ｂ）の燃料供給量を示している。図３（ｃ）は、設定Ａ及び設定Ｂにおける単位時間当たりの供給頻度を示している。図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示したように燃料供給量を増加させた場合は、その増加分に応じて単位時間当たりの供給頻度を低下させるので、図３（ｄ）に示したように設定Ａと設定Ｂとで分留通路１７に供給した原料燃料のトータル供給量は同一になる。このようにトータル供給量を同一にして、軽質燃料の回収量を安定させる。
【００２１】
このように分留通路１７内において重質燃料の流れに脈動を生じさせ、この重質燃料の脈動によって軽質燃料を押し出すことで、軽質燃料の移動を促進させることができる。なお、分留通路１７への原料燃料の供給量を周期的に変化させる方法は、供給インジェクタ１８を周期的に開閉させて原料燃料を断続的に供給する方法に限定されない。例えば、燃料ポンプ１４とは別に分留通路１７に原料燃料を供給するポンプを設け、このポンプの吐出量を周期的に変化させることによって分留通路１７に供給する燃料量を周期的に変化させてもよい。分留通路１７に供給するトータル供給量が少ない場合、ＥＣＵ２４は分留通路１７に供給する燃料量を周期的に変化させる制御を禁止し、分留通路１７内で燃料の流れが一様になるように分留通路１７に原料燃料を供給してもよい。トータル供給量が少ないときに重質燃料の流れに波を生じさせると、液面の低い部分即ち流量の少ない部分で燃料が過熱され、重質燃料も気化して軽質燃料とともに軽質燃料タンク２１に導かれるおそれがある。そこで、トータル供給量が少ない場合は、分留通路１７内における液相燃料の流れを一様にすることで、重質燃料の気化を抑制し、軽質燃料の性状を安定化させる。
【００２２】
（第二の実施形態）
図４は本発明の第二の実施形態を示している。なお、図４において図１と共通の部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。図４に示したように、この実施形態では分留通路１７が上流より下流が下方に位置するように傾斜している点が第一の実施形態と異なる。図５に図４の分留通路１７を拡大して示す。図５に示したように分留通路１７は、上流の第一の傾斜部１７ａと下流の第二の傾斜部１７ｂとを備えている。図５から明らかなように第二の傾斜部１７ｂは第一の傾斜部１７ａよりも傾斜が大きくなるように設けられている。第一の傾斜部１７ａと第二の傾斜部１７ｂとの接続部、即ち分留通路１７の勾配が変化する図５の線Ｌの位置は分留通路１７の長さやエンジン１に応じて適宜設定される。例えば、原料燃料から軽質燃料が気化するまで原料燃料が加熱されるような位置が設定される。気相通路１９は、分留通路１７の終端に設けられた分岐点１７ｃからさらに下方に延びるように分留通路１７と接続されている。なお、分岐点１７ｃは、燃料タンク（不図示）から分留通路１７までの区間における燃料の温度、即ち分留時における燃料の温度が最も高くなる位置に配置される。このような位置としては、例えば排気マニホールド４ａからの出際が設定される。このような位置に分岐点１７ｃを配置し、分留時における燃料の最高温度が目標温度になるように設定することで、重質燃料の気化を抑制し、軽質燃料の性状を安定化させることができる。
【００２３】
このように第一の傾斜部１７ａ及び第二の傾斜部１７ｂを設けたことにより、傾斜部１７ａ、１７ｂで軽質燃料を加速させて慣性量を増加させ、軽質燃料を滞留し難くさせることができる。このように軽質燃料に作用することで、傾斜部１７ａ、１７ｂは本発明の気相燃料移動促進手段として機能する。第二の傾斜部１７ｂを第一の傾斜部１７ａよりも大きく傾斜させたことで、第一の傾斜部１７ａにおいて燃料を十分に加熱して軽質燃料の気化を促進させ、第二の傾斜部１７ｂにおいて原料燃料から気化した軽質燃料を加速させることができる。そのため、軽質燃料の回収量を増加させることができる。気相通路１９が分岐点１７ｃからさらに下方に延びていることで。気相通路１９からの軽質燃料の逆流を防止することができる。さらに第二の傾斜部１７ｂと気相通路１９との勾配を同一にすることで、軽質燃料を減速させることなく即ち軽質燃料の慣性力を低減させることなく気相通路１９へ導くことができる。そのため、液相通路２０への軽質燃料の侵入を抑制することができる。なお、分留通路１７の上流側は水平であってもよい。分留通路１７の上流側を水平にして原料燃料の流速を遅くさせることで原料燃料に供給する熱量を増加させることができるので、原料燃料の加熱、分留をさらに促進させることができる。また、分留通路１７全体を一様な角度で傾斜させてもよい。このように分留通路１７を一様な角度で傾斜させることで、軽質燃料を一様に加速させることができる。
【００２４】
（第三の実施形態）
図６は、本発明の第三の実施形態を示している。なお、図６において図１及び図４と共通の部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。この実施形態では、分留通路１７にキャリアガスを供給し、このキャリアガスによって軽質燃料の移動を促進させる点が他の実施形態と異なる。なお、キャリアガスは分留通路１７内を燃料流れの上流から下流に向かって流れるように供給される。図６の燃料分留装置はキャリアガス供給手段としてのキャリアガス供給装置３０を備えており、キャリアガス供給装置３０は分留通路１７と接続されている。キャリアガス供給装置３０は、キャリアガスを貯留するキャリアガス貯留部３１と、キャリアガス貯留部３１のキャリアガスを分留通路１７に供給するためのガス供給ポンプ３２とを備えている。キャリアガスとしては、例えば二酸化炭素（ＣＯ２）や窒素（Ｎ）など燃料が着火しないガスが使用される。また、この他に排気浄化触媒８通過後の排気ガスをキャリアガスとして利用してもよい。キャリアガスは、例えばタンクなどの容器に貯留してもよいし、ガスを吸放出可能な物質に吸収させて貯留してもよい。分留通路１７へのキャリアガスの供給は分留通路１７内における軽質燃料の滞留を抑制するとともに軽質燃料の流速を上昇させて軽質燃料の慣性力を増加させる。そのため、図７に示したようにキャリアガスによって軽質燃料を気相通路１９に導き、軽質燃料の回収量を増加させることができる。
【００２５】
このように分留通路１７にキャリアガスを供給して分留通路１７内における軽質燃料の滞留を抑制し、軽質燃料の移動を促進させる。また、キャリアガスによって気相の軽質燃料を加速させて気相通路１９に導くことができるので、軽質燃料の回収量を増加させることができる。このようにキャリアガスによって軽質燃料の移動を促進させることで、キャリアガス供給装置３０は本発明の気相燃料移動促進手段として機能する。
【００２６】
上述した本発明の軽質燃料の移動を促進させる方法は、各々個別に実施してもよいし、複数の方法を適宜組み合わせて実施してもよい。即ち、分留通路１７に供給する燃料量を周期的に変化させるとともに分留通路１７にキャリアガスを供給してもよい。このように複数の方法を組み合わせて実施することで、さらに軽質燃料の移動を促進させることができる。
【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。分留通路が配置される場所は排気マニホールドに限定されない。排気熱によって原料燃料を目標温度まで昇温可能であれば排気通路の種々の場所に配置してよい。例えば、分留通路が排気マニホールドなどの排気通路の表面に排気熱と熱交換可能なように設けられていてもよい。排気マニホールドなどの排気通路は排気ガスと比較して熱容量が大きいので、これらの表面と熱交換可能なように分留通路を設けることで分留通路に安定に熱を供給することができる。そのため、原料燃料から軽質燃料を安定に分留することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第一の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。
【図２】分留通路に供給する燃料量を周期的に変化させた場合の分留通路内における軽質燃料及び重質燃料の状態の一例を示す図。
【図３】分留通路への原料燃料の供給量の設定方法を示した図で、（ａ）は供給インジェクタから一回に供給される燃料量と分留通路内における軽質燃料の温度及び重質燃料の温度との関係の一例を示し、（ｂ）は設定Ａ及び設定Ｂにおける燃料供給量を示し、（ｃ）は設定Ａ及び設定Ｂにおける単位時間当たりの供給頻度を示し、（ｄ）は設定Ａ及び設定Ｂにおけるトータル供給量を示している。
【図４】本発明の第二の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。
【図５】図４の分留通路の一部を拡大して示す図。
【図６】本発明の第三の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。
【図７】図６の分留通路の分岐部を拡大して示す図。
【符号の説明】
【００２９】
１  ディーゼルエンジン（内燃機関）
１１  燃料供給装置（燃料供給系統）
１７  分留通路
１７ａ  第一の傾斜部（気相燃料移動促進手段）
１７ｂ  第二の傾斜部（気相燃料移動促進手段）
１７ｃ  分岐部（終端）
１８  供給インジェクタ（燃料量調整手段）
１９  気相通路
２４  エンジンコントロールユニット（制御手段、気相燃料移動促進手段）
３０  キャリアガス供給装置（キャリアガス供給手段、気相燃料移動促進手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2005351195.tif 000008
【図７】
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