JP2010163909A

JP2010163909A - 車載用燃料分離装置

Info

Publication number: JP2010163909A
Application number: JP2009005184A
Authority: JP
Inventors: Koseki Sugiyama; 宏石杉山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-01-13
Filing date: 2009-01-13
Publication date: 2010-07-29

Abstract

【課題】内燃機関の運転停止時であっても燃料加熱装置によって燃料が過剰に加熱されてしまうことが防止される燃料供給装置を提供する。
【解決手段】内燃機関の燃料供給装置２４は、原料燃料を加熱する燃料加熱装置５６と、燃料タンク２３内の燃料を燃料加熱装置へと送る燃料ポンプ６０と、燃料加熱装置から燃料を燃料噴射弁１１ａ、１１ｂへと送る燃料流通路６２とを具備する。内燃機関の運転停止時には、燃料ポンプを逆回転させることにより燃料加熱装置内の燃料を強制的に燃料タンク内へと戻すようにした。
【選択図】図３

Description

本発明は、車載用燃料分離装置に関する。

原料として供給される燃料（すなわち原料燃料）を分離して、原料燃料とは性状の異なる燃料を生成する燃料分離装置が知られている。このような燃料分離装置としては、例えば、燃料中の高オクタン価成分を選択的に透過させる分離膜を備えたものがある（例えば、特許文献１）。この燃料分離装置では、分離膜の一方の側に原料燃料よりもオクタン価の高い高オクタン価燃料が生成され、分離膜の他方の側には原料燃料よりもオクタン価の低い低オクタン価燃料が生成される。

特に、特許文献１に記載の燃料分離装置では、分離膜に供給する原料燃料を熱交換器により昇温することにより、燃料中に含まれる高オクタン価成分の量のうち分離膜を透過する高オクタン価成分の量の割合を増大させている。これにより、燃料分離装置における原料燃料の分離効率を高めることができる。

特開２００４−２３２６２４号公報特開２００３−１７６７６６号公報特開２００４−１６２６５５号公報特開２００４−３６０６４５号公報

ところで、上述したように、燃料分離装置では、原料燃料の分離効率を高めるために、分離膜に供給される原料燃料を昇温する必要がある。このため、多くの場合、燃料分離装置には原料燃料を加熱するための燃料加熱装置、特に熱交換器が設けられる。

ここで、内燃機関が停止されると通常内燃機関への燃料の供給は停止せしめられる。内燃機関への燃料の供給が停止されると、燃料供給通路内の燃料はそのままその位置に残る。従って、内燃機関の停止時に熱交換器内にあった燃料は、そのまま熱交換器内に残ることになる。

ところが、一般に、熱交換器は内燃機関の停止後も一定期間に亘って熱交換器内の原料燃料に熱を供給することになる。このため、内燃機関の停止後に熱交換器内に残っている燃料は過剰に加熱されてしまう場合がある。このように燃料が過剰に加熱されてしまうと、燃料の変質や、燃料供給通路内での気泡の発生による燃料の循環効率低下等が発生する場合がある。

そこで、本発明の目的は、内燃機関の運転停止時であっても燃料加熱装置によって燃料が過剰に加熱されてしまうことが防止される燃料供給装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、第１の発明では、燃料を加熱する燃料加熱装置と、燃料タンク内の燃料を該燃料加熱装置へと送る燃料ポンプと、上記燃料加熱装置から燃料を燃料噴射弁へと送る燃料流通路とを具備する、内燃機関の燃料供給装置において、上記内燃機関の運転停止時には、上記燃料ポンプを逆回転させることにより上記燃料加熱装置内の燃料を強制的に燃料タンク内へと戻すようにした。

第２の発明では、第１の発明において、上記燃料流通路と燃料タンクとに連通するバイパス通路を更に具備し、該バイパス通路には燃料タンクから燃料流通路への流体の流れは許可するが燃料流通路から燃料タンクへの流体の流れは禁止する逆止弁が設けられる。

第３の発明では、第１の発明において、上記燃料流通路と燃料タンクとに連通するバイパス通路を更に具備し、該バイパス通路には開閉弁が設けられ、該開閉弁は内燃機関の運転停止時に開弁される。

第４の発明では、第３の発明において、上記開閉弁は燃料加熱装置内の燃料の温度が基準温度以上となったときにも開弁され、上記燃料ポンプは、上記内燃機関の運転停止時に加えて燃料加熱装置内の燃料の温度が基準温度以上となったときにも上記開閉弁が開弁された後に、逆回転されて上記燃料加熱装置内の燃料を強制的に燃料タンク内へと戻す。

第５の発明では、第１〜第４のいずれか一つの発明において、上記燃料加熱装置は内燃機関における混合気の燃焼によって生じた熱を利用した熱交換器である。

第６の発明では、第１〜第４のいずれか一つの発明において、上記燃料加熱装置は電力により発生した熱を利用して燃料を加熱する。

第７の発明では、第１〜第６のいずれか一つの発明において、上記燃料加熱装置によって加熱された原料燃料を複数種の燃料に分離する分離器をさらに具備し、上記複数種の燃料は、原料燃料よりもオクタン価の高い高オクタン価燃料と原料燃料よりもオクタン価の低い低オクタン価燃料とを含む。

本発明によれば、内燃機関の運転停止時には燃料ポンプを逆回転することによって燃料加熱装置から燃料が強制的に排出されるため、燃料加熱装置により燃料が過剰に加熱されることが防止される。

以下、図面を参照して本発明の実施形態の燃料供給装置について詳細に説明する。図１に本発明の燃料供給装置の搭載される火花点火式内燃機関の側面断面図を示す。

図１を参照すると、１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は燃焼室５の頂面中央部に配置された点火プラグ、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気弁、１０は排気ポートをそれぞれ示す。シリンダヘッド４のシリンダ内壁面周辺部には燃焼室５内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁（以下、「筒内噴射用燃料噴射弁」という）１１ａが配置される。吸気ポート８は吸気枝管１２を介してサージタンク１３に連結され、各吸気枝管１２にはそれぞれ対応する吸気ポート８内に向けて燃料を噴射するための燃料噴射弁（以下、「ポート噴射用燃料噴射弁」という）１１ｂが配置される。

サージタンク１３は吸気ダクト１４を介してエアクリーナ１５に連結され、吸気ダクト１４内にはアクチュエータ１６によって駆動されるスロットル弁１７とエアフロメータ１８とが配置される。一方、排気ポート１０は排気マニホルド１９を介して排気浄化触媒（例えば三元触媒）を内蔵した触媒コンバータ２０に連結される。触媒コンバータ２０は排気管２１に連結される。

燃料噴射弁１１ａ、１１ｂは燃料供給装置２４に接続される。また、排気マニホルド１９又は排気管２１には排気マニホルド１９又は排気管２１内を流れる排気ガスから熱を回収して加熱対象へと伝熱する排気熱回収装置２５が設けられる。

次に、本実施形態の燃料供給装置２４の構成について図２を参照して説明する。図２は燃料供給装置の概略構成を模式的に示す図である。

図２に示した燃料供給装置２４は、原料燃料タンク２３、燃料分離装置５０、高オクタン価燃料用タンク５１と低オクタン価燃料用タンク５２とを具備する。原料燃料タンク２３には原料燃料（例えば、通常の（市販の）ガソリン）が供給され、貯留されている。原料燃料タンク２３に貯留されている燃料は燃料分離装置５０により、原料燃料よりもオクタン価の高い高オクタン価燃料と、原料燃料よりもオクタン価の低い低オクタン価燃料とに分離され、分離された燃料はそれぞれ高オクタン価燃料用タンク５１と低オクタン価燃料用タンク５２とに貯留される。

高オクタン価燃料用タンク５１内の高オクタン価燃料は、フィードポンプ５３によりポート噴射用燃料噴射弁１１ｂに供給され、各気筒の吸気ポート８に噴射される。一方、低オクタン価燃料用タンク５２内の低オクタン価燃料は、フィードポンプ５４により筒内噴射用燃料噴射弁１１ａに供給され、各気筒の燃焼室５内に直接噴射される。

このように、本実施形態では、低オクタン価燃料用と高オクタン価燃料用に互いに独立した燃料噴射弁１１ａ、１１ｂを使用しているため、機関運転状態に応じて低オクタン価燃料と高オクタン価燃料との一方を選択的に、或いは両方を所定の比率で同時に機関本体１の各気筒の燃焼室５に供給することが可能となっている。

次に、図２を参照して本実施形態の燃料分離装置５０について簡単に説明する。燃料分離装置５０は、熱交換器（燃料加熱装置）５６、分離膜を用いた分離ユニット５７、気液分離器５８等を具備する。

分離ユニット５７は、耐熱容器からなるハウジング５７ａをアロマ分離膜５７ｂで２つの区画５７ｃ、５７ｄに区分した構成とされている。アロマ分離膜５７ｂとしては、ガソリン中の芳香族成分を選択的に透過させる性質を有するものが使用される。すなわち、アロマ分離膜５７ｂでは、原料燃料を一方の側（例えば、区画５７ｃ側、すなわち低オクタン価燃料側）に比較的高い圧力で供給し、もう一方の側（例えば、区画５７ｄ側、すなわち高オクタン価燃料側）を比較的低圧に保持すると、主に原料燃料中の芳香族成分が分離膜５７ｂを透過して分離膜５７ｂの低圧側（区画５７ｄ側、すなわち高オクタン価側）の表面に浸出して低圧側に面した分離膜５７ｂ表面を覆うようになる。

この低圧側の分離膜５７ｂの表面を覆う液状の浸出燃料を除去することにより、高圧区画５７ｃ側から低圧区画５７ｄ側に連続的に分離膜５７ｂを通して芳香族成分の浸出が生じるようになる。本実施形態では、低圧側（区画５７ｄ側）の圧力を浸出した芳香族成分の蒸気圧よりも低い圧力に維持することにより、低圧側の分離膜５７ｂ表面を覆う芳香族成分を多く含む浸出燃料を蒸発させて連続的に表面から除去し、燃料蒸気の形で回収するようにしている。

分離ユニット５７の低圧側区画５７ｄから回収された燃料蒸気は、気液分離器５８に送られて、そこで冷却される。これにより、比較的沸点の高い芳香族成分は液化し、気液分離器５８の下部には芳香族成分を多く含む液体の高オクタン価燃料が生成される。このようにして生成された高オクタン価燃料は、高オクタン価燃料用タンク５１に供給される。

一方、分離ユニット５７の高圧側区画５７ｃに残った燃料は、芳香族成分の一部が除去されて高オクタン価成分含有量が少なくなっている。従って、分離ユニット５７の高圧側区画５７ｃ内には芳香族成分の含有量の少ない低オクタン価燃料が生成される。このようにして生成された低オクタン価燃料は、低オクタン価燃料用タンク５２に供給される。

ここで、分離膜５７ｂの分離効率はこの分離膜５７ｂの作動条件によって大きく変化する。従って、分離膜５７ｂによる分離効率を高いものとするためには、分離膜５７ｂの作動条件を適切に制御する必要がある。このような分離膜５７ｂの分離効率に影響する作動条件として、分離膜５７ｂに供給される原料燃料の温度が挙げられる。

原料燃料中の芳香族成分の量のうち分離膜５７ｂを透過するものの割合（透過率）は、大気温からある温度に到達するまでは原料燃料の温度上昇に応じて増大する。この或る温度は分離膜５７ｂの低圧側（区画５７ｄ）の温度が或る下限温度に到達する温度である。この下限温度は分離膜５７ｂ低圧側の圧力の関数であり、例えば低圧側の圧力が５ｋＰａで３５３°Ｋ（８０°Ｃ）程度になる。

一方、低圧側での温度が上記下限温度を超えて上昇を続けると、透過率は或る温度以上では低下するようになる。すなわち、低圧側での温度を維持すべき最適温度範囲が存在し、この最適温度範囲は、例えば低圧側圧力が５〜２０ｋＰａの範囲で３４８Ｋ〜３９８Ｋ（約７５°Ｃ〜１２５°Ｃ）程度となる。

従って、分離膜５７ｂによる分離効率を最大にするためには、分離膜５７ｂの低圧側温度が上記最適温度範囲になるように原料燃料の温度を維持する必要がある。このため、本実施形態では、原料燃料を分離ユニット５７に供給する前に熱交換器５６を用いて原料燃料を加熱して、分離膜５７ｂによる分離効率が最も高くなるような温度に維持するようにしている。

なお、本発明の実施形態では、熱交換器５６として排気ガスから熱を回収すると共にこの回収した熱を加熱対象（本実施形態では原料燃料）へと伝熱する排気熱回収装置２５が利用される。しかしながら、熱交換器５６は機関本体や冷却水と原料燃料との間で熱交換を行う熱交換器等、他の構成であってもよい。或いは、原料燃料を加熱する燃料加熱装置であれば、熱交換器でなくてもよく、例えば電気ヒータ（すなわち、電力により発生した熱を利用して原料燃料を加熱する装置）等を用いることも可能である。

また、上述した燃料供給装置２４の構成は一つの例である。熱交換器を必要とする燃料分離装置が設けられれば、如何なる構成の燃料供給装置２４が用いられても良い。従って、例えば、原料燃料を高オクタン価燃料と低オクタン価燃料に分離するのに上記分離ユニット５７とは異なる分離器を用いても良い。

次に、図３を参照して、本発明の第一実施形態の燃料供給装置２４の構成についてより詳細に説明する。図３は、図２中のＡで囲まれた部分を詳細に示す概念図である。

図３に示したように、原料燃料タンク２３内の燃料ポンプ６０は上流側燃料流通管（上流側燃料流通路）６１を介して熱交換器５６に接続される。熱交換器５６は下流側燃料流通管（下流側燃料流通路）６２を介してレギュレータ６３に接続される。レギュレータ６３は、図２に示したように分離ユニット５７の高圧区画５７ｃに接続される。燃料ポンプ６０は、順回転させると原料燃料タンク２３内の燃料を熱交換器５６に向かって吐出し、逆回転させると熱交換器５６内の燃料を原料燃料タンク２３内へと吸引する。

上流側燃料流通管６２からは熱交換器５６をバイパスするためのバイパス管（バイパス通路）６４が分岐しており、このバイパス管６４は原料燃料タンク２３に連通せしめられる。このバイパス管６４の原料燃料タンク２３側の端部は原料燃料タンク２３の上部に配置される。従って、バイパス管６４は原料燃料タンク２３の気相部分に連通せしめられる。

下流側燃料流通管６２には、バイパス管６４の接続部の下流側において逆止弁６５が設けられる。この逆止弁６５は、熱交換器５６からレギュレータ６３に向かって燃料が流れるのは許可するが、レギュレータ６３から熱交換器５６に向かって燃料が流れるのを禁止する。

また、バイパス管６４にも逆止弁６６が設けられる。この逆止弁６６は、原料燃料タンク２３から下流側燃料流通管６２に向かって燃料が流れるのは許可するが、下流側燃料流通管６２から原料燃料タンク２３に向かって燃料が流れるのを禁止する。

また、上流側燃料流通管６１からは分岐管（分岐通路）６７が分岐しており、この分岐管６７にはレギュレータ６８が設けられる。従って、上流側燃料流通管６１内を流れる燃料の圧力はレギュレータ６８によってほぼ一定圧力に維持される。

次に、このように構成された燃料供給装置２４における燃料の流れについて説明する。図４は通常運転時における燃料の流れを示す図である。図中の矢印は燃料の流れを示している。

通常運転時には、燃料ポンプ６０は順回転せしめられる。従って、図４に矢印で示したように、燃料ポンプ６０によって圧力の高められた原料燃料は、上流側燃料流通管６１を通って熱交換器５６へ流入する。その後、原料燃料は、熱交換器５６から逆止弁６５及びレギュレータ６３を通って分離ユニット５７に流入することになる。特に、逆止弁６５は熱交換器５６側からレギュレータ６３側へ燃料が流れるのを許可するため、逆止弁６５によっては下流側燃料流通管６１内の燃料の流れは阻止されない。原料燃料は熱交換器５６を通過する際に適切な温度にまで加熱される。このため、分離ユニット５７に流入する原料燃料の温度は最適温度範囲内の温度となっている。

なお、燃料ポンプ６０を順回転させることにより下流側燃料流通管６２内の圧力が高くなると、下流側燃料流通管６２内の圧力が原料燃料タンク２３の気相部分の圧力よりも高くなり、これによりバイパス管６４の両側で圧力差が発生し、下流側燃料流通管６２から原料燃料タンク２３へ向かって燃料が流れようとする。しかしながら、逆止弁６６は下流側燃料流通管６２から原料燃料タンク２３へ向かってバイパス通路６４内を燃料が流れることを禁止するため、バイパス通路６４を通って燃料が流れることはない。

ところで、内燃機関の運転停止時には、内燃機関の運転を停止した直後に熱交換器５６内の燃料が過剰に加熱されていなくても、その後或る程度の時間が経過してから熱交換器５６内の燃料が過剰に加熱されてしまうことが多い。

すなわち、内燃機関の運転が停止されると、燃料噴射弁１１ａ、１１ｂへの燃料の供給が停止される。このため、熱交換器５６内を流れる燃料の流量もほぼゼロとされる。従って、熱交換器５６内には燃料が滞留することになる。一方、熱交換器５６では内燃機関の運転が停止されても直ぐに燃料への熱の供給が停止されるわけではなく、熱交換器５６に残る余熱等によって燃料へ熱が供給され続けることになる。このため、内燃機関の運転が停止された後にも熱交換器５６内に滞留している燃料へ熱が供給され続けて、熱交換器５６内の燃料が過剰に加熱されてしまうことになる。

熱交換器５６において燃料が過剰に加熱されてしまうと、燃料の変質や、気泡発生による燃料の循環効率の低下が発生する場合がある。斯かる問題が発生すると、内燃機関における燃焼状態の悪化を招いてしまう。

そこで、本発明の実施形態では、内燃機関の運転停止時には、燃料ポンプ６０を逆回転させることにより熱交換器５６内の燃料を強制的に熱交換器５６から原料燃料タンク２３内へと戻すようにしている。

図５は、内燃機関の運転停止時における燃料の流れを示す図である。内燃機関の運転停止時には、燃料ポンプ６０が逆回転せしめられる。これにより、逆止弁６５よりも熱交換器５６側（すなわち上流側）における下流側燃料流通管６２、熱交換器５６及び上流側燃料流通管６１内の燃料が原料燃料タンク２３内へと吸引せしめられ、原料燃料タンク２３内へと戻される。ただし、逆止弁６５の存在により逆止弁６５よりもレギュレータ６３側（すなわち下流側）における下流側燃料流通管６２内の燃料は逆止弁６５を通って熱交換器５６側へと流れるのが禁止され、よって原料燃料タンク２３内へは吸引されない。

一方、燃料ポンプ６０を逆回転させることにより下流側燃料流通管６２内に負圧が発生すると、下流側燃料流通管６２内の圧力が原料燃料タンク２３内の圧力よりも低くなり、これによりバイパス管６４の両側で圧力差が発生し、原料燃料タンク２３から下流側燃料流通管６２へ向かって流体が流れようとする。逆止弁６６は原料燃料タンク２３から下流側燃料流通管６２へ向かってバイパス通路６４内を燃料が流れることを許可するため、バイパス通路６４を通って流体が流れる。ここで、バイパス管６４の端部は原料燃料タンク２３の気相部分に連通されているため、原料燃料タンク２３内の気体がバイパス通路６４を通って流れることになる。

このように、燃料ポンプ６０を逆回転させると上流側燃料流通管６１、熱交換器５６、下流側燃料流通管６２、バイパス管６４により循環経路が形成され、この循環経路からは熱交換器５６等内に存在していた燃料が原料燃料タンクに流出せしめられると共に、この循環経路には原料燃料タンク２３から気体が流入せしめられる。従って、やがてはこの循環経路内は気体で充満されることになり、熱交換器５６内の燃料はほぼ完全に排除され、よって熱交換器５６によりそれ以上燃料が加熱されてしまうことが防止される。このように本発明の燃料供給装置２４では、内燃機関の運転停止時に、燃料ポンプ６０を逆回転させることにより熱交換器５６内の燃料を強制的に熱交換器から原料燃料タンク２３内へと戻すことで、熱交換器５６において燃料が過剰に加熱されることが防止される。燃料ポンプ６０の逆回転は燃料ポンプ６０の逆回転を開始してから所定時間経過後、熱交換器５６内に残留する燃料が完全に無くなってから又はほぼ無くなってから停止せしめられる。

ここで、熱交換器５６等内の燃料を吸引するために、燃料ポンプ６０の他に小型のポンプ等を設けることも考えられる。これに対して上記実施形態によれば、燃料ポンプ６０を逆回転することによって熱交換器５６等内の燃料が吸引され、この燃料ポンプ６０の吸引力は小型のポンプ等に比べて大きい。従って、迅速且つ効率的に燃料を熱交換器５６内から除去することができる。

また、燃料ポンプ６０の他に小型のポンプ等を設ける場合、小型のポンプ自体の他にこの小型のポンプ用の配管や弁等を設けなければならない。これに対して上記実施形態によれば、燃料の圧送用の燃料ポンプ６０以外に新たにポンプ等を設ける必要がなく、よって部品点数を抑えることができる。

さらに、熱交換器５６内の燃料を原料燃料タンク２３へと吸引する際に、バイパス管６４を介して原料燃料タンク２３の気相部分の気体が熱交換器５６等に流入しないと、熱交換器５６等内に生じる負圧が大きくなり過ぎて熱交換器５６自体や配管が破損してしまう可能性がある。これに対して上記実施形態によれば、熱交換器５６内の燃料を原料燃料タンク２３へと吸引する際に、バイパス管６４を介して原料燃料タンク２３の気相部分の気体が熱交換器５６等に流入するため、燃料ポンプ６０によって熱交換器５６等内に生じる負圧が大きくなり過ぎることが防止される。

次に、図６を参照して、本発明の第二実施形態の燃料供給装置２４’の構成について詳細に説明する。図６は、図３と同様に図２中のＡで囲まれた部分を示す概念図である。図６において、図３に示した第一実施形態の燃料供給装置２４と同様な構成要素については同じ参照番号を付している。

図６に示したように、第二実施形態の燃料供給装置２４’の構成は基本的に図３に示した第一実施形態の燃料供給装置２４の構成と同様である。ただし、第一実施形態の燃料供給装置２４ではバイパス通路６４に逆止弁６６が設けられていたのに対して、第二実施形態の燃料供給装置２４’ではバイパス通路６４に二方弁７０が設けられている。

次に、このように構成された燃料供給装置２４’における燃料の流れについて説明する。図７は通常運転時における燃料の流れを示す図である。図中の矢印は燃料の流れを示している。

通常運転時には、燃料ポンプ６０は順回転せしめられる。従って、図７に矢印で示したように、燃料ポンプ６０によって圧力の高められた原料燃料は、上流側燃料流通管６１、熱交換器５６、下流側燃料流通管６２、レギュレータ６３の順に流れて分離ユニット５７に流入することになる。原料燃料は熱交換器５６を通過する際に適切な温度にまで加熱される。このため、分離ユニット５７に流入する原料燃料の温度は最適温度範囲内の温度となっている。

また、本実施形態では、内燃機関の運転停止時には、熱交換器５６内での燃料の過剰な加熱を抑制すべく、燃料ポンプ６０を逆回転させて熱交換器５６内の燃料を強制的に熱交換器５６から原料燃料タンク２３内へ戻すと共に、二方弁７０を開弁するようにしている。

図８は、内燃機関の運転停止時における燃料の流れを示す図である。内燃機関の運転停止時には燃料ポンプ６０が逆回転されるため、逆止弁６５よりも熱交換器５６側における下流側燃料流通管６２、熱交換器５６及び上流側燃料流通管６１内の燃料が原料燃料タンク２３内へと吸引せしめられ、原料燃料タンク２３内へと戻される。

また、内燃機関の運転停止時には二方弁７０が開弁される。燃料ポンプ６０を逆回転させることにより下流側燃料流通管６２内には負圧が発生しており、よって下流側燃料流通管６２内の圧力が原料燃料タンク２３の気相部分の圧力よりも低くなり、よって原料燃料タンク２３内の気体が下流側燃料流通管６２へ向かって流れるようになる。

従って、本実施形態においても、図５に示した場合と同様に、内燃機関の運転停止時には上流側燃料流通管６１、熱交換器５６、下流側燃料流通管６２、バイパス管６４により循環経路が形成され、やがて熱交換器５６内の燃料がほぼ完全に排除される。燃料ポンプ６０の逆回転は燃料ポンプ６０の逆回転を開始してから所定時間経過後、熱交換器５６内に残留する燃料が完全に無くなってから又はほぼ無くなってから停止せしめられる。これと同時に、二方弁７０も閉弁せしめられる。

ところで、内燃機関の運転状態によっては燃料噴射弁１１ａ、１１ｂから噴射される燃料が少なく、よってこのような場合には上流側燃料流通管６１、熱交換器５６、下流側燃料流通管６２を通って流れる燃料の流量も少ない。このような場合に、熱交換器５６において燃料に供給される熱量が多いままだと、熱交換器５６内の原料燃料が過剰に加熱されてしまうことになる。特に、内燃機関から排出された排気ガスの熱を利用して原料燃料の昇温を行う場合、熱交換器５６において原料燃料に伝達される熱量は排気ガスの温度及び流量に応じて定まる。内燃機関から排出された排気ガスの温度が高く且つ流量が多いと原料燃料に伝達される熱量は多く、逆に斯かる排気ガスの温度が低く且つ流量が少ないと原料燃料に伝達される熱量は少ない。従って、原料燃料に伝達される熱量を最適に制御することは困難であり、原料燃料が過剰に加熱されるという事態が発生してしまう。

そこで、本実施形態では、熱交換器５６において原料燃料が過剰に加熱されている場合、或いは熱交換器５６において原料燃料が過剰に加熱されると予想される場合には、熱交換器５６内の原料燃料を強制的に排出するようにしている。

図９及び図８は、熱交換器５６において原料燃料が過剰に加熱されていると判断された時、或いは熱交換器５６において原料燃料が過剰に加熱されると予想された時（以下、「過剰加熱時」という）における燃料の流れを示す図である。

熱交換器５６内の原料燃料の過剰加熱時には、まず、燃料ポンプ６０の作動が停止せしめられると共に二方弁７０が開弁せしめられる。このとき熱交換器５６及び下流側燃料流通管６２内の燃料の圧力は原料燃料タンク２３内の圧力よりも高くなっている。従って、過剰に加熱された熱交換器５６及び下流側燃料流通管６２内の原料燃料は、図９に矢印で示したように、二方弁７０を介して原料燃料タンク２３内へと戻される。これにより、熱交換器５６及び下流側燃料流通管６２内の原料燃料の一部は原料燃料タンク２３内へと戻されることになる。特に、過剰加熱時には熱交換器５６及び下流側燃料流通管６２内に気化した高圧の燃料が存在することになるが、この燃料の気体部分が原料燃料タンク２３内の気相部分へと流れることになる。

このように二方弁７０を開弁することにより熱交換器５６内の燃料が或る程度原料燃料タンク２３内へと戻され、熱交換器５６内の燃料圧力が或る程度低下せしめられると、次に燃料ポンプ６０が逆回転せしめられる。従って、図８に矢印で示したように、逆止弁６５よりも熱交換器５６側における下流側燃料流通管６２、熱交換器５６及び上流側燃料流通管６１内の燃料が原料燃料タンク２３内へと吸引せしめられ、原料燃料タンク２３内へと戻される。また、燃料ポンプ６０が逆回転を開始しても二方弁７０は開弁されたままに維持される。従って、図８に示したように、原料燃料タンク２３内の気体が下流側燃料流通管６２へ向かって流れるようになる。

従って、本実施形態では、原料燃料の過剰加熱時においても、上流側燃料流通管６１、熱交換器５６、下流側燃料流通管６２、バイパス管６４により循環経路が形成され、やがて熱交換器５６内の燃料がほぼ完全に排除される。燃料ポンプ６０の逆回転は、熱交換器５６等内に残留する燃料が完全に又はほぼ無くなったり、燃料噴射弁１１ａ、１１ｂから噴射される燃料が多くなって熱交換器５６を通過する燃料の流量が多くなったり、熱交換器５６に供給される熱量が少なくなったりすると、停止せしめられる。これと同時に、二方弁７０も閉弁せしめられる。

なお、本実施形態では、熱交換器５６において原料燃料が過剰に加熱されているか否かは、熱交換器５６内又は熱交換器５６の下流側に設けられた温度センサ（図示せず）によって検出された燃料温度に基づいて判断される。例えば、温度センサによって検出された燃料温度が所定の基準温度よりも低い場合には、熱交換器５６において原料燃料は過剰に加熱されていないと判断される。逆に、温度センサによって検出された燃料温度が所定の基準温度以上である場合には熱交換器５６において原料燃料が過剰に加熱されていると判断され、上述したように熱交換器５６から燃料が排出される。ここで、基準温度とは、例えば、それ以上燃料温度が上昇すると、燃料性状の悪化や気泡発生による原料燃料の循環効率低下等が発生する可能性があるような温度とされ、予め実験により又は計算により求められる。

或いは、熱交換器５６において原料燃料が過剰に加熱されているか否か、又は熱交換器５６において原料燃料が過剰に加熱されると予想されるか否かを、熱交換器５６内を流れる原料燃料の流量及び熱交換器から原料燃料に加えられる熱量等に基づいて算出された燃料温度をもとに判断してもよい。この場合、熱交換器５６から原料燃料に加えられる熱量は、熱交換器５６として排気熱回収装置２５を用いている場合、排気ガスの温度及び排気ガスの流量に基づいて算出することができる。

なお、上述した第一実施形態においても、原料燃料の過剰加熱時に燃料ポンプ６０を逆回転させて熱交換器５６等内の燃料を原料燃料タンク２３内に戻すようにしてもよい。ただし、この場合、高温・高圧の原料燃料はバイパス管６４を通って原料燃料タンク２３内に戻ることができず、燃料ポンプ６０を通って原料燃料タンク２３内に戻ることになるため、燃料ポンプ６０を耐久性の高いものにしておく必要がある。

火花点火式内燃機関の側面断面図を示す図である。燃料供給装置の概略構成を模式的に示す図である。図２中のＡで囲まれた部分を詳細に示す概念図である。通常時における原料燃料の流れを示す図である。内燃機関の運転停止時における原料燃料の流れを示す図である。本発明の第二実施形態の燃料供給装置の図３と同様な概念図である。通常時における原料燃料の流れを示す図である。内燃機関の運転停止時における原料燃料の流れを示す図である。熱交換器内の燃料の過剰加熱時における原料燃料の流れを示す図である。

１機関本体
２３原料燃料タンク
２４燃料供給装置
２５排気熱回収装置
６０燃料ポンプ
６１上流側燃料供給管
６２下流側燃料供給管
６３レギュレータ
６４バイパス管
６５、６６逆止弁
６７分岐管
６８レギュレータ
７０二方弁

Claims

燃料を加熱する燃料加熱装置と、燃料タンク内の燃料を該燃料加熱装置へと送る燃料ポンプと、上記燃料加熱装置から燃料を燃料噴射弁へと送る燃料流通路とを具備する、内燃機関の燃料供給装置において、
上記内燃機関の運転停止時には、上記燃料ポンプを逆回転させることにより上記燃料加熱装置内の燃料を強制的に燃料タンク内へと戻すようにした、燃料供給装置。
上記燃料流通路と燃料タンクとに連通するバイパス通路を更に具備し、該バイパス通路には燃料タンクから燃料流通路への流体の流れは許可するが燃料流通路から燃料タンクへの流体の流れは禁止する逆止弁が設けられる、請求項１に記載の燃料供給装置。
上記燃料流通路と燃料タンクとに連通するバイパス通路を更に具備し、該バイパス通路には開閉弁が設けられ、該開閉弁は内燃機関の運転停止時に開弁される、請求項１に記載の燃料供給装置。
上記開閉弁は燃料加熱装置内の燃料の温度が基準温度以上となったときにも開弁され、上記燃料ポンプは、上記内燃機関の運転停止時に加えて燃料加熱装置内の燃料の温度が基準温度以上となったときにも上記開閉弁が開弁された後に、逆回転されて上記燃料加熱装置内の燃料を強制的に燃料タンク内へと戻す、請求項３に記載の燃料供給装置。
上記燃料加熱装置は内燃機関における混合気の燃焼によって生じた熱を利用した熱交換器である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料供給装置。
上記燃料加熱装置は電力により発生した熱を利用して燃料を加熱する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料供給装置。
上記燃料加熱装置によって加熱された原料燃料を複数種の燃料に分離する分離器をさらに具備し、上記複数種の燃料は、原料燃料よりもオクタン価の高い高オクタン価燃料と原料燃料よりもオクタン価の低い低オクタン価燃料とを含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料供給装置。