JP2006105092A - 燃料供給システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】燃料タンク2から内燃機関7に燃料を供給する燃料供給システム1である。燃料供給システム1は、燃料を貯蔵する燃料タンク2と、内燃機関7に燃料を噴射供給するインジェクタ5と,このインジェクタ5に供給する燃料を高圧状態で貯蔵すると共にインジェクタ5に燃料を供給するコモンレール4と,このコモンレール4に燃料を送る燃料ポンプ3とを有する。燃料供給システム1においては、燃料が燃料タンク2から内燃機関7に供給されるまでの経路における燃料タンク2とインジェクタ5との間に、燃料中に含まれる金属又は金属イオンを燃料から分離除去する金属イオン除去手段15を有する。
【選択図】図1
Description
また、環境負荷物質である硫黄酸化物SOxの排出量を低減するために、硫黄濃度が低い低サルファ軽油が開発されている。燃料中の硫黄濃度は、各国の法律によっても規制されており、低サルファ軽油に対応できる燃料供給システムの開発が望まれている。
即ち、燃料が燃料タンクからインジェクタ内に供給されるまでに、燃料が接触する金属製のタンクや送油管等から燃料中に亜鉛や鉛等の金属や金属イオンが溶出する。この燃料中に溶出した金属や金属イオンがインジェクタ内に送られて、インジェクタ内における例えば上記摺動部とガイド部との間の微小隙間部等で析出・堆積することにより、インジェクタの駆動を妨げるおそれがあった。
したがって、燃料としてBDFや低サルファ軽油を用いた場合や、コモンレールを用いてインジェクタ内に燃料を供給する場合には、特に金属の析出や堆積という問題が起こり易く、その結果内燃機関に円滑に燃料を供給することが困難になるという問題があった。
該燃料供給システムは、燃料を貯蔵する上記燃料タンクと、上記内燃機関に燃料を噴射供給するインジェクタと,該インジェクタに供給する燃料を高圧状態で貯蔵すると共に上記インジェクタに燃料を供給するコモンレールと,該コモンレールに燃料を送る燃料ポンプとを有し,
上記燃料が上記燃料タンクから上記内燃機関に供給されるまでの経路における上記燃料タンクと上記インジェクタとの間には、上記燃料中に含まれる金属又は/及び金属イオンを燃料から分離除去する金属イオン除去手段が設けられていることを特徴とする燃料供給システムにある(請求項1)。
そのため、上記燃料供給システムにおいては、上記金属イオン除去手段が燃料中の金属又は/及び金属イオンを分離除去することができ、燃料中に含まれる金属イオンや金属の量を低減することができる。それ故、上記インジェクタ内に、金属イオンや金属をほとんど含まない燃料を供給することができる。その結果、上記インジェクタ内での金属の析出・堆積を防止し、上記インジェクタを長期間安定に駆動させることができる。したがって、上記内燃機関に燃料を円滑に供給することができる。
本発明においては、上記のごとく、上記金属イオン除去手段により燃料中の金属イオンや金属の量を低減することができるため、上記コモンレールから供給される高圧燃料により上記インジェクタ内の温度が上昇しても、該インジェクタ内に金属の析出・堆積が起こり難い。
上記燃料供給システムは、上記燃料タンクと、上記インジェクタと、上記コモンレールと、上記燃料ポンプとを有する。
上記燃料タンクに貯蔵される燃料は、上記燃料ポンプにより、上記コモンレールに送られ、上記コモンレールにおいて高圧状態で蓄えられる。一般に、コモンレールにおいては、160MPa以上という高圧状態で燃料が蓄えられる。上記コモンレールに蓄えられた高圧状態の燃料は、上記インジェクタに供給される。このとき、上記コモンレールは、コンピュータ制御等により燃焼効率が高まるタイミングで燃料を上記インジェクタに供給することができる。上記インジェクタに供給された燃料は、該インジェクタにより上記内燃機関に噴射供給される。
上記金属イオン除去手段は、燃料供給経路における上記燃料タンクと上記インジェクタとの間であれば、例えば上記燃料タンクと上記コモンレールと間や、後述の燃料フィルタを設けた場合には、燃料燃料タンクとフィルタとの間、燃料フィルタと上記コモンレールとの間等に設けることができる。
この場合には、上記金属イオン除去手段は、上記金属イオン吸着材が燃料中の金属や金属イオンを吸着することにより、金属や金属イオンを燃料中から容易に除去することができる。
上記金属イオン吸着材としては、例えばキレート樹脂や活性炭等がある。キレート樹脂としては、キレート結合により特定のイオンを選択的に結合できる特性を有するイオン交換樹脂等を用いることができる。
この場合には、上記金属イオン除去手段は、電位の異なる一対の電極間の電位差によって、燃料中に含まれる金属や金属イオンを燃料中から分離させて電極に結合させることにより、金属イオンや金属を燃料中から容易に除去することができる。
上記電極としては、例えばFe、Ni、Cu等からなる金属電極等を用いることができる。
この場合には、上記金属イオン除去手段は、上記のごとく燃料中の金属イオンや金属を分離除去することができると共に、上記フィルタにより燃料中に含まれる塵、錆等の異物をその大きさにより除去することができる。
上記フィルターとしては、例えばろ紙等を用いることができる。ろ紙は単独又は複数積層して用いることができる。
また、上記のごとく電位の異なる一対の電極を用いて上記金属イオン除去手段を構成する場合には、例えば一対の電極と上記フィルタとを組み合わせて構成することができる(図6参照)。
この場合には、排ガス中の硫黄酸化物SOx濃度を低減することができると共に、資源の有効利用を図ることができる。
また、この場合には、内燃機関に円滑に燃料を供給することができるという上記作用効果をより効果的に発揮することができる。即ち、上記燃料供給システムの燃料として、低サルファ軽油とバイオディーゼル燃料とを用いると、上記インジェクタ中で燃料中に含まれる金属が析出及び堆積し易くなり、上記インジェクタの駆動が阻害され、内燃機関に燃料を円滑に供給することができなくなるおそれがある。しかし、上記燃料供給システムにおいては、燃料として上記定サルファ軽油と上記バイオディーゼルとを用いても、上記金属イオン除去手段により燃料中の金属や金属イオンを除去することができるため、内燃機関への円滑な燃料供給が可能になる。
また、上記バイオディーゼル燃料は、植物油脂をエステル化してなるメチルエステルからなる。
植物油脂としては、例えば菜種油、大豆油、コーン油、パーム油等がある。上記バイオディーゼル燃料は、例えば植物油脂とメタノール等とをアルカリ触媒存在下で加熱することにより得ることができる。
次に、本発明の燃料供給システムの実施例につき、図1〜図4を用いて説明する。
図1は、本例の燃料供給システムの全体構成を示す構成図である。図2は、図1におけるインジェクタの構成を示す断面図である。図3は、図2中のノズルニードルとノズルボデーとを示す断面図である。図4は、図1中における金属イオン除去手段の構成を示す説明図である。
図1に示すごとく、本例の燃料供給システム1は、燃料を貯蔵する燃料タンク2と、内燃機関7に燃料を噴射供給するインジェクタ5と,このインジェクタ5に供給する燃料を
高圧状態で貯蔵すると共にインジェクタ5に燃料を供給するコモンレール4と,このコモンレール4に燃料を送る燃料ポンプ3とを有する。燃料供給システム1は、燃料が燃料タンク2から内燃機関7に供給されるまでの経路における燃料タンク2とインジェクタ5との間に、燃料中に含まれる金属又は金属イオンを燃料から分離除去する金属イオン除去手段15を有する。
図2に示すごとく、インジェクタ5は、ノズルニードル59、ノズルボデー51、ノズルホルダ55、コマンドピストン52、圧力制御室53、及び電磁弁54等により構成されている。ノズルニードル59とノズルボデー51は、ノズル部50を構成している。ノズルニードル59は、図2及び図3に示すごとく、ノズルボデー51の内部に軸方向に往復摺動可能に組み付けられている。
図2に示すごとく、燃料溜り室517および圧力制御室53は、それぞれ燃料溜め室を形成しており、燃料溜め室には高圧燃料が流通する。シリンダ525と第2の挿通部522の空間、排出通路63、64は、高圧燃料が各燃料溜め室517、53の少なくともいずれか一方に供給されたときクリアランス部515もしくは第2のクリアランス部523内を通過し、内部リークした燃料が流れるリーク燃料経路を構成している。また、圧力制御室53の燃料圧力は、電磁弁54の開閉により調整しており、電磁弁54の開時に圧力制御室53から排出通路63へ排出燃料が流れる通路も、リーク燃料経路を構成している。
図4に示すごとく、本例において金属イオン除去手段15は、金属イオン吸着材155を有している。具体的には、金属イオン除去手段15は、金属イオン吸着材155と、これを収容するケース151とを有している。金属イオン吸着材155は、キレート樹脂(三菱化学株式会社製のCR20)の粒子からなり、ケース151内に充填されている。ケース151には、燃料タンク2からの燃料が供給される燃料入口152と、金属イオン除去手段15から燃料を送り出すための燃料出口153が設けられている。また、ケース15内には、金属イオン吸着材155を挟むように、ろ紙(東洋濾紙株式会社製のFG−1)からなるフィルタ157,158が、燃料入口側と燃料出口側にそれぞれ配置されている。なお、本例においては、金属イオン吸着材155として、キレート樹脂を用いているが、キレート樹脂の代わりに活性炭等を用いることもできる。また、キレート樹脂と活性炭とを併用することもできる。
有する。インジェクタ駆動手段は、各気筒のインジェクタ5の電磁弁54に、指令噴射時期(TFIN)から噴射指令パルス時間(TQ)が経過するまでの間、パルス状のインジェクタ駆動電流(インジェクタ噴射指令パルス)を印加する機能を有する。
図1に示すごとく、燃料ポンプ3が、燃料タンク2内の燃料を吸上げ、これを加圧して、コモンレール4へ高圧燃料を圧送する。このとき、吸上げられた燃料は、金属イオン除去手段15及び燃料フィルタ16を介してコモンレール4に圧送される。
図4に示すごとく、金属イオン除去手段15においては、燃料入口152から導入された燃料は、フィルタ157、金属イオン吸着材155、フィルタ158を順に通って、燃料出口153から金属イオン除去手段15の外部に送られる。フィルタ157においては、燃料中に含まれる塵や錆等の異物がその形状及び大きさにより分離除去される。金属イオン吸着材155において、燃料中に含まれる亜鉛や鉛等の金属や金属イオンが金属イオン吸着材155に吸着され燃料中から分離除去される。そして、フィルタ158においては、燃料中に含まれる塵、錆等の異物を再度分離除去することができる。また、金属イオン吸着材155を通過した燃料中には、微量の金属イオン吸着材が異物として含まれるおそれがあるが、この金属イオン吸着材もフィルタ158において分離除去することができる。
金属イオン除去手段15の燃料出口153から送り出された燃料は、燃料フィルタ16により、さらに燃料中の異物が除去されてコモンレール4に圧送される。
また、圧力制御室53には、電磁弁54の閉時に、高圧燃料が導かれている。このとき、コマンドピストン52の第2の摺動部521とノズルホルダ55の第2のガイド部525の間に形成される第2のクリアランス部523内を高圧燃料がリークする。第2のクリアランス部523を形成する摺動部521およびガイド部525の内壁との摩擦によってリーク燃料の温度が上昇する。これらリーク燃料は、リーク燃料経路を通してインジェクタ5外へ排出される。
本例は、金属イオン除去手段の金属イオン除去性能を検討した例である。
まず、金属イオン除去手段のモデルとして、金属イオン吸着材を挟んだろ紙を準備した。金属イオン吸着材としては、実施例1と同様に、キレート樹脂(三菱化学株式会社製のCR20)を用い、ろ紙としては、フューエルフィルタ用濾紙(東洋濾紙株式会社製のFG−1)を用いた。このフューエルフィルタ用濾紙は、厚み0.3mm、透気度2.5sec/300ml、単位面積あたりの質量67g/m2のものである。本例の金属イオン除去手段のモデルは、2枚のろ紙の間にキレート樹脂を挟むことにより構成したものである。これを試料Eとする。
また、以下のようにして、燃料サンプルを準備した。
即ち、まず、BDFとして、RME(Rapeseed Methyl Ester;菜種油)を準備し、防爆装置内で、1LのRMEを容器に入れ、温度120℃で1時間加熱した。加熱後のRME中に1.5gのZn(片状)を混入させ、さらに温度80℃で24時間加熱し、燃料サンプルを作製した。
次いで、燃料サンプルを三角フラスコ上に配置した濾過器に注いで濾過を行い、三角フラスコ中に溜まった燃料サンプルを回収した。これを測定試料Eαとする。
試料Cについても、上記試料Eと同様にして、ガラス製のろうと内に配置し濾過器を構成した後、該濾過器を用いて燃料サンプルの濾過を行ってろ液(燃料サンプル)を回収した。これを測定試料Cαとする。
したがって、試料Eのように、キレート樹脂(金属イオン吸着材)を挟んだろ紙に金属イオンを含んだ燃料を通すことにより、燃料中の金属イオン濃度を低減できることがわかる。
本例は、燃料入口と燃料出口とをケースの上部に設けた金属イオン除去手段を有する燃料供給システムの例である。
図5に示すごとく、本例の金属イオン除去手段8においては、実施例1と同様に、濾紙(東洋濾紙株式会社製のFG−1)からなるフィルタ87,88と、キレート樹脂(三菱化学株式会社製のCR20)の粒子からなる金属イオン吸着材85とを有している。
これらのフィルタ87,88及び金属イオン吸着材85は、ケース(内側ケース)81に収納されている。
内側ケース81においては、該ケース81の下部に燃料の入口となる燃料入口84と、この燃料入口84と反対側の上部に燃料を排出する燃料出口89とが形成されている。燃料出口89は、排出通路891,892、893に連結されており、排出通路891,892は、排出通路893から分岐することにより形成されている。
また、内側ケース81において、フィルタ87,88は、金属イオン吸着材85を挟むように積層されている。本例においては、内側ケース81の燃料入口84側に配置されたフィルタ87、及び燃料出口89側に配置されたフィルタ88は、いずれもろ紙(1枚)からなる。
その後、実施例1と同様に、金属イオン除去手段8の燃料出口89から送り出された燃料は、コモンレールに圧送される。
本例は、電位の異なる一対の電極を有する金属イオン除去手段を有する燃料供給システムの例である。
図6に示すごとく、本例の金属イオン除去手段9は、該金属イオン除去手段9内における燃料経路に、電位の異なる一対の電極93,94が燃料経路を挟むように形成されている。電極93,94は、外側ケース91内に収納されている。
また、外側ケース91内には、ろ紙(東洋濾紙株式会社製のFG−1)からなるフィルター925を収納した内側ケース92が配置されている。
内側ケース92には、その下部に燃料の入口となる燃料入口95と、この燃料入口95と反対側の上部に燃料を排出する燃料出口96とが形成されている。燃料出口96は、排出通路961,962、963に連結されており、排出通路961,962は、排出通路963から分岐することにより形成されている。内側ケース92の排出通路963は、外側ケース91の外部まで延設されている。
金属イオンや金属が分離除去された燃料は、燃料入口95から内側ケース92内に導入され、フィルター925にて、燃料中に含まれる塵や錆等の異物がその形状及び大きさにより分離除去される。
その後、実施例1と同様に、金属イオン除去手段9の燃料出口96から送り出された燃料は、コモンレールに圧送される。
15 金属イオン除去手段
2 燃料タンク
3 燃料ポンプ
4 コモンレール
5 インジェクタ
51 ノズルボデー
517 燃料溜まり室
52 コマンドピストン
53 圧力制御室
55 ノズルホルダ
59 ノズルニードル
54 電磁弁
7 内燃機関
Claims (5)
- 燃料タンクから内燃機関に燃料を供給する燃料供給システムであって、
該燃料供給システムは、燃料を貯蔵する上記燃料タンクと、上記内燃機関に燃料を噴射供給するインジェクタと,該インジェクタに供給する燃料を高圧状態で貯蔵すると共に上記インジェクタに燃料を供給するコモンレールと,該コモンレールに燃料を送る燃料ポンプとを有し,
上記燃料が上記燃料タンクから上記内燃機関に供給されるまでの経路における上記燃料タンクと上記インジェクタとの間には、上記燃料中に含まれる金属又は/及び金属イオンを燃料から分離除去する金属イオン除去手段が設けられていることを特徴とする燃料供給システム。 - 請求項1において、上記金属イオン除去手段は、該金属イオン除去手段内における燃料経路に、金属イオン又は/及び金属を吸着する金属イオン吸着材を有していることを特徴とする燃料供給システム。
- 請求項1又は2において、上記金属イオン除去手段は、該金属イオン除去手段内における燃料経路に、電位の異なる一対の電極が上記燃料経路を挟むように形成されていることを特徴とする燃料供給システム。
- 請求項2又は3において、上記金属イオン除去手段は、上記燃料経路に、燃料中の異物を除去するためのフィルタを有していることを特徴とする燃料供給システム。
- 請求項1〜4のいずれか一項において、上記燃料は、硫黄濃度が15ppm未満の低サルファ軽油と、植物油脂をエステル化して得られるメチルエステルからなるバイオディーゼル燃料とを含有することを特徴とする燃料供給システム。
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