專利名稱：內(nèi)燃機(jī)的燃料分餾方法和燃料分餾裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)的燃料分餾方法和燃料分餾裝置。
背景技術(shù)：
已知排氣凈化裝置，其通過排氣熱給積累在內(nèi)燃機(jī)排氣管周圍的燃料加熱以便將燃料分餾成氣相的輕組分和液相的重組分，并將分餾出的輕組分作為還原劑供給到NOX吸留-還原型催化劑，以便減少催化劑排出的NOX(參考JP3093905B)。另外，出版物JP2850547B、JP11-210447A和JP2001-193525作為與本發(fā)明相關(guān)的文獻(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
在上述傳統(tǒng)裝置中，由于許多燃料積累在排氣管周圍，所以燃料溫度對(duì)排氣溫度變化的響應(yīng)很差，且有這樣的情況，即難以將燃料溫度控制在適合分餾的溫度范圍內(nèi)。此外，當(dāng)分餾溫度不合適時(shí)，輕組分不汽化或重組分汽化，由此輕組分和重組分混合。
因而，本發(fā)明的目標(biāo)是提供內(nèi)燃機(jī)的燃料分餾方法和燃料分餾裝置，其能容易和迅速地將燃料控制到適合分餾的狀態(tài)以便將燃料分離成輕組分和重組分。
為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，提供了一種內(nèi)燃機(jī)的燃料分餾方法，包括下列步驟在使燃料流到分餾通道時(shí)向分餾通道應(yīng)用促進(jìn)內(nèi)燃機(jī)燃料分餾的操作，從而在分餾通道內(nèi)將燃料分餾成氣相燃料和液相燃料；將分餾出的氣相燃料和分餾出的液相燃料引導(dǎo)到分餾通道的分支點(diǎn)；和由于重力分別使氣相燃料與液相燃料分離到上分支通道和下分支通道。
根據(jù)本發(fā)明的燃料分餾方法，由于在使燃料流到分配通道時(shí)向分餾通道應(yīng)用促進(jìn)分餾的操作，所以與將積累在某個(gè)位置中的許多燃料同時(shí)分餾的情況相比，燃料對(duì)促進(jìn)分餾的操作的響應(yīng)變得靈敏，且能容易和迅速地將燃料控制到適合分餾的狀態(tài)。
此外，由于通過利用氣相燃料和液相燃料之間比重的差別將氣相燃料和液相燃料從分支點(diǎn)分別分離到不同的分支通道中，所以能通過簡單的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)分餾出的氣相燃料和液相燃料的分離。在這種情況下，通常通過加熱實(shí)現(xiàn)促進(jìn)分餾的操作，然而，也能采用與加熱操作不同的其它操作，只要該操作能促進(jìn)燃料的汽化。
為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，還提供了一種內(nèi)燃機(jī)的燃料分餾裝置，包括分餾通道，其與內(nèi)燃機(jī)的燃料供給系統(tǒng)相連且通過分餾部分到達(dá)末端的分支點(diǎn)，燃料的分餾促進(jìn)作用被應(yīng)用于分餾部分；從分支點(diǎn)向下側(cè)分支的液相分支通道；和從分支點(diǎn)向比液相分支通道靠上的上側(cè)分支的氣相分支通道。
根據(jù)本發(fā)明的燃料分餾裝置，以與上述分餾方法相同的方式，能容易和迅速地將燃料控制到適合分餾的狀態(tài)。此外，能通過簡單的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)分餾出的氣相燃料和液相燃料的分離。在這種情況下，燃料分餾促進(jìn)操作可以包括任何操作，只要該操作能以與上述根據(jù)本發(fā)明的燃料分餾方法中促進(jìn)分餾的操作相同的方式促進(jìn)燃料的汽化。
在本發(fā)明的燃料分餾裝置中，液相分支通道的入口可以設(shè)有氣相燃料流入禁止部，用于由于液相燃料的存在而禁止氣相燃料流入液相分支通道的下游側(cè)。在這種情況下，即使在氣相燃料從分支點(diǎn)流入液相分支通道的入口時(shí)，也能通過氣相燃料流入禁止部禁止氣相燃料流入液相分支通道的下游側(cè)中，因而，能安全地從各個(gè)分支通道分成幾部分地回收輕組分和重組分。此外，可以在氣相燃料流入禁止部中設(shè)置小孔。由于通過入口部中的小孔使液相分支通道節(jié)流，所以氣相燃料難以流入液相分支通道的下游側(cè)中，與沒有小孔的結(jié)構(gòu)相比，能更安全地分離氣相燃料和液相燃料。
在本發(fā)明的燃料分餾裝置中，分餾部分可以貫穿一個(gè)區(qū)域，由內(nèi)燃機(jī)的廢熱引起的加熱操作作為分餾促進(jìn)操作應(yīng)用到該區(qū)域。如上所述，通過利用內(nèi)燃機(jī)的廢熱，不必從外部供應(yīng)促進(jìn)燃料分餾所需的能量。
本發(fā)明的燃料分餾裝置可以利用內(nèi)燃機(jī)的排氣熱量作為內(nèi)燃機(jī)的廢熱。在這種情況下，能通過用排氣熱量加熱經(jīng)過分餾部分的燃料來促進(jìn)分餾。
本發(fā)明的燃料分餾裝置可以包括作為產(chǎn)生分餾促進(jìn)操作的設(shè)備的壓力調(diào)節(jié)設(shè)備，用于調(diào)節(jié)分餾通道內(nèi)的壓力。能通過降低分餾通道內(nèi)的壓力降低燃料的沸點(diǎn)，因而，能通過調(diào)節(jié)壓力促進(jìn)燃料的汽化以便促進(jìn)分餾。
本發(fā)明的燃料分餾裝置可以包括壓力控制設(shè)備，用于基于流過分餾通道的燃料的溫度控制壓力調(diào)節(jié)設(shè)備的操作。當(dāng)流過分餾通道的燃料的溫度低于燃料在大氣壓下的沸點(diǎn)時(shí)，燃料難以汽化，在這種情況下，能通過降低分餾通道內(nèi)的壓力以便降低燃料沸點(diǎn)來促進(jìn)燃料的汽化。即使在燃料難以汽化的溫度，也能通過調(diào)節(jié)分餾通道內(nèi)的壓力將分餾通道的分餾特性保持在恒定的期望狀態(tài)中。
燃料分餾裝置可以包括用于檢測分支點(diǎn)的溫度的溫度檢測設(shè)備、能調(diào)節(jié)分支點(diǎn)的溫度的溫度調(diào)節(jié)設(shè)備和溫度控制設(shè)備，溫度控制設(shè)備基于溫度檢測設(shè)備檢測到的溫度控制溫度調(diào)節(jié)設(shè)備的操作以便將分支點(diǎn)的溫度保持在預(yù)定目標(biāo)溫度。在這種情況下，能將分支點(diǎn)處的溫度保持到目標(biāo)溫度，以便將輕組分和重組分之間的分離特性保持在恒定的期望狀態(tài)中。在這種情況下，根據(jù)各種條件如待汽化的輕組分的組分近似地設(shè)定目標(biāo)溫度。
在本發(fā)明的燃料分餾裝置中，溫度調(diào)節(jié)設(shè)備可以改變被引導(dǎo)到分餾部分的燃料的流量以便調(diào)節(jié)分支點(diǎn)的溫度。由于基于分餾部分中的供應(yīng)自排氣的熱量和經(jīng)過分餾部分的燃料的流量來確定到達(dá)分支點(diǎn)的燃料的溫度，所以能通過改變被引導(dǎo)到分餾部分的燃料的流量來調(diào)節(jié)分支點(diǎn)處的溫度。因而，能基于簡單的結(jié)構(gòu)，如流量調(diào)節(jié)閥，將分支點(diǎn)處的溫度調(diào)節(jié)到所需范圍。
在本發(fā)明的燃料分餾裝置中，溫度控制設(shè)備可以操作溫度調(diào)節(jié)設(shè)備以便在溫度檢測設(shè)備檢測到的溫度相對(duì)于目標(biāo)溫度偏離可允許范圍時(shí)，將被引導(dǎo)到分餾部分的燃料的流量限制到最小值。當(dāng)分支點(diǎn)處的溫度低時(shí)，輕組分的燃料不會(huì)汽化，或僅僅少量汽化，此時(shí)被認(rèn)為即使在燃料引入分餾部分時(shí)，輕組分也會(huì)與重組分一起以液相形式到達(dá)分支點(diǎn)。另一方面，當(dāng)分支點(diǎn)處的溫度高時(shí)，甚至重組分也有被汽化的危險(xiǎn)。相反，通過設(shè)定分支點(diǎn)溫度的可允許范圍和在溫度偏離可允許范圍時(shí)將流量抑制到最小值，能禁止輕組分和重組分混合。在這種情況下，最小值可以是0，或可以是大于0的任選值。換句話說，將流量抑制到最小的方面包括下面兩種情況，即通過停止燃料的供給使燃料不被引入到分餾部分，和將燃料供給到分餾部分且將流量限制到可調(diào)節(jié)的最小值。
燃料分餾裝置可以包括用于存儲(chǔ)從氣相分支通道導(dǎo)出的燃料的餾出燃料容器和用于檢測餾出燃料容器的存儲(chǔ)量的存儲(chǔ)量檢測設(shè)備，和溫度控制設(shè)備可以在存儲(chǔ)量檢測設(shè)備檢測到的存儲(chǔ)量增大的情況下降低目標(biāo)溫度。當(dāng)被存儲(chǔ)的氣相燃料的存儲(chǔ)量太大時(shí)，能通過降低目標(biāo)溫度僅僅將具有較低沸點(diǎn)的輕燃料引導(dǎo)到氣相分支通道。另一方面，當(dāng)存儲(chǔ)量小時(shí)，能通過增加目標(biāo)溫度增加汽化組分的產(chǎn)量，從而迅速增加存儲(chǔ)量。
在本發(fā)明的燃料分餾裝置中，可以將分餾部分設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)的排氣通道內(nèi)，和可以將分支點(diǎn)設(shè)置在排氣通道的外側(cè)。在這種情況下，由于分餾部分設(shè)置在排氣通道內(nèi)，所以能有效地完成排氣和燃料之間的熱交換。另一方面，由于分支點(diǎn)設(shè)置在排氣通道的外側(cè)，所以能使排氣溫度波動(dòng)對(duì)分支點(diǎn)溫度波動(dòng)的影響很小，和能更容易地控制分支點(diǎn)處的溫度。
在本發(fā)明的燃料分餾裝置中，可以將排氣凈化設(shè)備設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)的排氣通道中，并可以這樣設(shè)置分餾部分以便其在排氣凈化設(shè)備的下游側(cè)中完成分餾部分和排氣通道之間的熱交換。在這種情況下，由于排氣的溫度波動(dòng)由排氣凈化設(shè)備引起的熱吸收和熱產(chǎn)生被吸收，所以能更容易地控制分餾部分和其下游側(cè)的分支點(diǎn)的溫度。當(dāng)將排氣凈化設(shè)備的溫度控制到預(yù)定溫度范圍時(shí)，能進(jìn)一步容易地控制分支點(diǎn)處的溫度，和通過利用用于控制排氣凈化設(shè)備的溫度的裝置，能控制分支點(diǎn)處的溫度。
在本發(fā)明的燃料分餾裝置中，可以設(shè)置分餾部分以便其完成分餾部分和包圍內(nèi)燃機(jī)燃燒室的發(fā)動(dòng)機(jī)主體或發(fā)動(dòng)機(jī)主體的冷卻水之間的熱交換。在內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行過程中，包圍燃燒室的發(fā)動(dòng)機(jī)主體由冷卻水冷卻，且被保持在近似固定的溫度。此外，由于冷卻水的熱容量大于氣體，所以其溫度不會(huì)迅速改變，因而，通過布置分餾部分以便其與發(fā)動(dòng)機(jī)主體或其冷卻水交換熱量，能穩(wěn)定地將熱量供給到分餾部分，因而，能穩(wěn)定地分餾燃料。
在本發(fā)明的燃料分餾裝置中，不限制分離出的氣相燃料(輕組分)和液相燃料(重組分)的預(yù)期用途，然而，作為預(yù)期用途的優(yōu)選方面，能列出一種結(jié)構(gòu)，即將輕組分作為還原劑加到NOX吸留-還原型催化劑。在這種情況下，催化劑內(nèi)的還原劑的反應(yīng)得到改善，NOX的還原效率得到改善。此外，由于輕還原劑具有改善的蒸發(fā)性質(zhì)，所以通過使用輕組分能抑制由于還原劑附著到催化劑而使催化劑前端面被封閉。
如上面討論的，根據(jù)本發(fā)明，由于在將燃料引導(dǎo)到分餾通道中時(shí)向分餾通道應(yīng)用促進(jìn)分餾的操作，所以與將存儲(chǔ)在固定部分中的大量燃料同時(shí)分餾的情況相比，燃料對(duì)促進(jìn)分餾的操作的響應(yīng)變得靈敏，且能容易和迅速地將燃料控制到適合分餾的狀態(tài)。


圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的分餾裝置的第一實(shí)施例的圖；圖2是以放大方式表示圖1中的分餾裝置的一部分的圖；圖3是流程圖，表示圖1中的分餾裝置的ECU執(zhí)行的打開-關(guān)閉控制例行程序的程序；圖4A和4B是表示在圖3的打開-關(guān)閉控制例行程序中使用的目標(biāo)溫度和在圖3的打開-關(guān)閉控制例行程序中的閥的切換動(dòng)作的圖；圖5是表示根據(jù)本發(fā)明的分餾裝置的第二實(shí)施例的圖；圖6是表示根據(jù)本發(fā)明的分餾裝置的第三實(shí)施例的圖；圖7是以放大方式表示圖6中的分餾裝置的一部分的圖；圖8是表示根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例中另一個(gè)例子的圖；圖9是流程圖，表示圖8中的ECU執(zhí)行的壓力控制例行程序；圖10是表示在液相燃料分支通道的入口中設(shè)置小孔的一個(gè)例子的圖；和圖11是表示圖1中的分餾裝置的液相通道的改進(jìn)實(shí)施例的圖。
具體實(shí)施例方式
(第一實(shí)施例)圖1表示一個(gè)實(shí)施例，其中將根據(jù)本發(fā)明的燃料分餾裝置應(yīng)用于作為內(nèi)燃機(jī)的柴油機(jī)1。進(jìn)氣道2和排氣道3與發(fā)動(dòng)機(jī)1相連，在進(jìn)氣道2中，設(shè)置了增壓器4的壓氣機(jī)4a和用于調(diào)節(jié)進(jìn)氣量的節(jié)氣門5，壓氣機(jī)4a利用排氣能量增加進(jìn)氣壓力，在排氣通道3一側(cè)中分別設(shè)置了布置在歧管3a下游側(cè)中的增壓器4的渦輪4b，和布置在渦輪4b的下游側(cè)中的排氣凈化裝置6。排氣凈化裝置6是已知結(jié)構(gòu)，其中例如通過用于收集微粒的過濾器基質(zhì)攜帶著吸留-還原型NOX催化劑材料。在這種情況下，不限制NOX的吸留方面，只要能保持NOX即可。
發(fā)動(dòng)機(jī)1設(shè)有用于存儲(chǔ)燃料(粗柴油)的燃料箱7、從燃料箱7伸出的供給通道8、用于將燃料箱7中的燃料經(jīng)由供給通道8供給到噴射器(未示出)的高壓泵9和回流通道10，回流通道10在高壓泵9的下游側(cè)從供給通道8分支出來，用來使供給燃料中的過剩燃料返回到燃料箱7。
發(fā)動(dòng)機(jī)1的運(yùn)行狀態(tài)由發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)11控制，ECU11構(gòu)造為組合微處理器和外圍設(shè)備而獲得的計(jì)算機(jī)，外圍設(shè)備例如是ROM、充當(dāng)主存儲(chǔ)器設(shè)備的RAM等等，ECU11通過參考來自各種傳感器的輸出信號(hào)調(diào)節(jié)燃料噴射量等等來控制發(fā)動(dòng)機(jī)1的運(yùn)行狀態(tài)。
發(fā)動(dòng)機(jī)1設(shè)有用來分餾燃料箱7中的燃料的分餾裝置20，分餾裝置20設(shè)有與回流通道10相連的分餾通道21和從分餾通道21分支出來的液相通道22與氣相通道23。
如圖2中也示出的，分餾通道21經(jīng)由分餾部分21a和水平部21b到達(dá)分支點(diǎn)21c，分餾部分21b在排氣凈化裝置6上游側(cè)的排氣通道3內(nèi)傾斜地經(jīng)過，同時(shí)相對(duì)于水平方向傾斜。水平部21b和分支點(diǎn)21c設(shè)置在排氣通道3的外側(cè)，分餾通道21總體上朝著下側(cè)延伸，供給自回流通道10的燃料(液相燃料)f1由于重力流向分支點(diǎn)21c。
液相通道22具有從分支點(diǎn)21c垂直地朝下側(cè)延伸的氣相滯止部(氣相燃料流入禁止部)22a和從氣相滯止部22a沿水平方向伸出的通道部22b，通道部22b的內(nèi)徑設(shè)定成稍小于氣相滯止部22a的內(nèi)徑。通道部22b的下游側(cè)連接到能使燃料返回到燃料箱7的位置，例如，通道部22b可以直接與燃料箱7相連，或可以在與分餾通道21相連的位置的下游側(cè)與回流通道10相連。
氣相通道23從分支點(diǎn)21c沿水平方向伸出，氣相通道23的下游側(cè)與用于存儲(chǔ)輕組分燃料的餾出燃料容器24相連，如圖1中所示，和基于分餾通道21與氣相通道23內(nèi)的壓力將分餾出的氣相燃料f2引導(dǎo)到餾出燃料容器24。在這種情況下，通道21到23中的每一個(gè)可以由合適材料形成，例如可以采用金屬管。
圖1中所示的分餾裝置20還設(shè)置有相當(dāng)于溫度調(diào)節(jié)設(shè)備的閥25、相當(dāng)于溫度檢測設(shè)備的溫度傳感器26和相當(dāng)于存儲(chǔ)量檢測設(shè)備的存儲(chǔ)量檢測傳感器27。閥25為電磁閥，其能打開和關(guān)閉回流通道10與分餾通道21之間的連接部，閥25的運(yùn)動(dòng)由相當(dāng)于溫度控制設(shè)備的ECU11控制，溫度傳感器26設(shè)置在分支點(diǎn)21c中，且將與檢測到的溫度一致的信號(hào)輸出到ECU11。存儲(chǔ)量檢測傳感器27檢測餾出燃料容器24的存儲(chǔ)量并輸出與檢測到的存儲(chǔ)量一致的信號(hào)。
發(fā)動(dòng)機(jī)1另外設(shè)置有添加裝置28，其用于將存儲(chǔ)在餾出燃料容器24中的燃料添加到排氣凈化裝置6的上游側(cè)以便充當(dāng)還原劑。添加裝置28包括例如與餾出燃料容器24相連的添加供給通道29、用于將餾出燃料容器24中的燃料吸取到添加供給通道29的添加供給泵30和用于將還原劑噴射到排氣通道3的添加噴射器31。
將對(duì)具有上述結(jié)構(gòu)的分餾裝置20的操作進(jìn)行描述。圖3是流程圖，表示ECU11執(zhí)行的用于控制閥25的切換動(dòng)作的打開-關(guān)閉控制程序的過程。在發(fā)動(dòng)機(jī)1的運(yùn)行過程中，程序以預(yù)定周期(例如，0.5秒)重復(fù)執(zhí)行。
ECU11首先基于存儲(chǔ)量檢測傳感器27檢測到的存儲(chǔ)量判斷餾出燃料容器24是否裝滿(步驟S1)。當(dāng)ECU11確定它被裝滿時(shí)，ECU11使閥25完全關(guān)閉(步驟S11)并終止程序。當(dāng)ECU11確定它沒有裝滿時(shí)，ECU11根據(jù)存儲(chǔ)量設(shè)定分支點(diǎn)21c的目標(biāo)溫度(步驟S2)，這時(shí)，如圖4A中所示，ECU11進(jìn)行設(shè)定以使得存儲(chǔ)量越大，目標(biāo)溫度變得越低?？梢愿鶕?jù)按照分餾獲得的燃料的組分來合適地設(shè)定目標(biāo)溫度，然而也可以將目標(biāo)溫度設(shè)定在一個(gè)范圍中，例如220℃左右。在這種情況下，在圖4A中，示例性的情況中，相對(duì)于存儲(chǔ)量的增加以不變的變化率降低目標(biāo)溫度，然而變化率也可以相對(duì)于存儲(chǔ)量改變。在步驟S1中，判斷餾出燃料容器24是否裝滿，然而也可以確定餾出燃料容器24是否等于或大于任選的預(yù)定量，該預(yù)定量小于充滿時(shí)的存儲(chǔ)量。
在圖3的步驟S3和S4中，ECU11判斷溫度傳感器26檢測到的溫度是否相對(duì)于目標(biāo)溫度低于可允許范圍的下限值，和它是否高于可允許范圍的上限值。當(dāng)ECU11確定它低于下限值或高于上限值時(shí)，ECU11使閥25完全關(guān)閉(步驟S11)，并終止程序。當(dāng)ECU11確定它處于可允許范圍內(nèi)時(shí)，ECU11轉(zhuǎn)到步驟S5。當(dāng)ECU11執(zhí)行步驟S3和S4的程序時(shí)，如果檢測到的溫度不存在于下限值Tmin和上限值Tmax之間的范圍中，則如圖4B中的直線L1和L3所示，使閥25關(guān)閉。在這種情況下，可以關(guān)于目標(biāo)溫度合適地設(shè)定可允許范圍的下限值和上限值，然而也可以將一個(gè)溫度設(shè)定為下限值，在該溫度下，將獲得的輕組分的產(chǎn)量近似為0。
在圖3的步驟S5中，ECU11判斷閥25是否完全關(guān)閉，和當(dāng)ECU11確定它完全關(guān)閉時(shí)，ECU11控制閥25的運(yùn)動(dòng)以便打開閥25使其達(dá)到預(yù)定開度(步驟S6)。在這種情況下，可以通過基于若干條件如目標(biāo)溫度、溫度傳感器26檢測到的溫度、內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)等等確定能迅速使分支點(diǎn)21c的溫度達(dá)到目標(biāo)溫度的開度，來設(shè)定這時(shí)的開度。當(dāng)ECU11在步驟S5中確定閥25沒有完全關(guān)閉時(shí)，ECU11跳過步驟S6并轉(zhuǎn)到步驟S7。
在步驟S7之后，ECU11基于溫度傳感器26檢測到的溫度控制閥25的開度以使得分支點(diǎn)21c處的溫度達(dá)到目標(biāo)溫度，以便調(diào)節(jié)流入分餾通道21中的燃料的流量?？梢愿鶕?jù)各種控制方法控制閥25的開度，然而也能以如步驟S7到S10中所示的方式控制閥25的開度。
在步驟S7中，ECU11判斷檢測到的溫度是否等于目標(biāo)溫度，并在ECU11確定它們相等時(shí)，ECU11終止程序。當(dāng)ECU11確定它們不相等時(shí)，ECU11確定檢測到的溫度是否高于目標(biāo)溫度(步驟S8)。當(dāng)ECU11確定它高于目標(biāo)溫度時(shí)，ECU11僅僅以與檢測到的溫度和目標(biāo)溫度之差相應(yīng)的量增加閥25的開度(步驟S9)，并終止程序。當(dāng)ECU11確定檢測到的溫度不高于目標(biāo)溫度時(shí)，ECU11以與檢測到的溫度和目標(biāo)溫度之差相應(yīng)的量減小閥25的開度(步驟S10)，并終止程序。根據(jù)步驟S7到S10的程序，如圖4B中的直線L2所示，控制閥25以使得開度與檢測到的溫度成比例，因而，檢測到的溫度會(huì)聚于目標(biāo)溫度Ts。在這種情況下，可采用微分控制和積分控制以使得檢測到的溫度迅速或精確地會(huì)聚到目標(biāo)溫度Ts，或可基于各種條件如發(fā)動(dòng)機(jī)1的運(yùn)行狀態(tài)等等預(yù)測排氣溫度的變化，從而在改變分支點(diǎn)21c的溫度之前改變分餾通道21的流量。
在本實(shí)施例中，經(jīng)由回流通道10將來自噴射器的返回燃料引入到分餾通道21。由于來自噴射器的返回燃料的溫度增加到大約150℃，其溫度高于燃料箱7中的燃料的溫度，所以能將溫度迅速增加到分餾部分21a中的分餾溫度。
此外，在本實(shí)施例中，將目標(biāo)溫度設(shè)定為220℃左右。由于在留在低硫粗柴油里的硫分(等于或小于50ppm)中具有最低沸點(diǎn)的苯并噻吩的沸點(diǎn)是220℃，所以在等于或小于該溫度的溫度分餾，經(jīng)由氣相通道23獲得的燃料不包含硫分或幾乎不包含硫分。因而，在本實(shí)施例中，能主要獲得沒有硫分的燃料。在這種情況下，不包含硫分的燃料具有各種可用性，例如，當(dāng)將不包含硫分的粗柴油作為還原劑加到排氣通道3時(shí)，能防止排氣凈化裝置6硫中毒。
(第二實(shí)施例)在圖5中示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例。在這種情況下，在本實(shí)施例中，同樣的附圖標(biāo)記表示與第一實(shí)施例中相同的部件，且不對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)說明。在本實(shí)施例中，排氣凈化裝置6設(shè)置得離渦輪4b比較近，且分餾部分21a在排氣凈化裝置6的下游側(cè)中穿過排氣通道3。此外，添加噴射器31設(shè)置在歧管3a中。在本實(shí)施例中，NOX吸留-還原型催化劑被控制和工作在250到400℃以便有效地起作用。因而，容易將分支點(diǎn)21c的溫度控制到分餾溫度220℃以便獲得不包含硫的分餾燃料。
(第三實(shí)施例)在圖6中示出了根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例。此外，圖7A和7B表示通過放大圖6中的分餾裝置20的一部分獲得的圖，在這種情況下，圖7A表示圖6中內(nèi)燃機(jī)1的氣缸蓋1a的俯視圖，圖7B表示在從歧管3a側(cè)看氣缸蓋1a沿著圖7A中的線VII-VII的橫截面的情況下的圖。在這種情況下，在本實(shí)施例中，同樣的附圖標(biāo)記表示與第一實(shí)施例中相同的部件，且不對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)說明。如從圖6、7A和7B中顯而易見的，本實(shí)施例與其它實(shí)施例的不同之處在于下面幾點(diǎn)，即分餾通道21布置在與包圍發(fā)動(dòng)機(jī)1燃燒室的發(fā)動(dòng)機(jī)主體對(duì)應(yīng)的氣缸蓋1a內(nèi)，和將減壓泵32作為用于調(diào)節(jié)分餾通道21內(nèi)的壓力的壓力調(diào)節(jié)設(shè)備設(shè)置在氣相通道23中。氣缸蓋1a甚至在發(fā)動(dòng)機(jī)1運(yùn)行時(shí)也被冷卻，其溫度保持在等于或小于預(yù)定溫度的溫度，該預(yù)定溫度低于分餾溫度。因而，通過減壓泵32減小分餾通道21內(nèi)的壓力，從而降低燃料的沸點(diǎn)和促進(jìn)燃料的汽化。
在本實(shí)施例中，由于將分餾通道21布置在具有穩(wěn)定溫度的氣缸蓋1a中，所以能將熱量穩(wěn)定地供給到分餾通道21，因而，能使分餾出的氣相燃料的性質(zhì)穩(wěn)定。在這種情況下，通過將分餾通道21布置在排氣口側(cè)中，排氣口在氣缸蓋1a中具有較高的溫度，因而能進(jìn)一步促進(jìn)燃料的分餾。此外，由于能僅僅基于額外工作將分餾通道21設(shè)置在氣缸蓋1a內(nèi)，所以能抑制分餾裝置20的部件數(shù)量增加，并能降低成本。
在本實(shí)施例中，布置分餾通道21的位置不局限于發(fā)動(dòng)機(jī)1的發(fā)動(dòng)機(jī)主體，例如，可以設(shè)置分餾通道21以使得能在發(fā)動(dòng)機(jī)1的冷卻水和分餾通道21之間交換熱量。此外，如圖8中所示，可以設(shè)置分餾通道21以使得分餾部分21a貫穿排氣通道3。
當(dāng)排氣溫度低時(shí)，如正好在啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)1之后，流過分餾通道21的燃料的溫度沒有升高到分餾溫度，以致燃料難以汽化。在圖8中的實(shí)施例中，通過在上述情況中使設(shè)置在氣相通道23中的減壓泵32工作來降低分餾通道21內(nèi)的壓力，由此降低燃料的沸點(diǎn)和促進(jìn)燃料的汽化。減壓泵32的工作由ECU11控制。圖9是流程圖，表示ECU11執(zhí)行在圖8中的用于控制減壓泵32的工作的壓力控制例行程序。在發(fā)動(dòng)機(jī)1的運(yùn)行過程中，圖9中的控制例行程序以預(yù)定周期重復(fù)執(zhí)行。ECU11通過執(zhí)行圖9中的控制例行程序充當(dāng)壓力控制設(shè)備。
在圖9中的控制例行程序中，ECU11首先在步驟S21中判斷在分餾通道21內(nèi)流動(dòng)的燃料的溫度是否低于目標(biāo)溫度?？苫谂c燃料的分餾有關(guān)的溫度，如溫度傳感器26或排氣溫度傳感器33等等檢測到的溫度，估計(jì)燃料的溫度。排氣溫度傳感器33輸出與排氣的溫度一致的信號(hào)。當(dāng)ECU11確定燃料的溫度不低時(shí)，ECU11結(jié)束這次控制例行程序。
另一方面，當(dāng)ECU11確定燃料的溫度低時(shí)，ECU11轉(zhuǎn)到步驟S22，并操作減壓泵32以便調(diào)節(jié)分餾通道21內(nèi)的壓力。由于根據(jù)壓力的減小降低燃料的沸點(diǎn)，所以ECU11控制減壓泵32的工作以便根據(jù)燃料的較低溫度降低分餾通道21內(nèi)的壓力。之后，ECU11終止這次控制例行程序。
通過調(diào)節(jié)分餾通道21內(nèi)的壓力，即使在發(fā)動(dòng)機(jī)1的排氣溫度低時(shí)也能穩(wěn)定地使燃料氣化。此外，通過調(diào)節(jié)分餾通道21內(nèi)的壓力以便調(diào)節(jié)燃料的沸點(diǎn)，能設(shè)定僅僅使輕組分燃料汽化的條件，因而，能使氣相燃料的性質(zhì)穩(wěn)定。在這種情況下，在圖8的實(shí)施例中，ECU11可以與圖9中的壓力控制例行程序并行地執(zhí)行圖3中的閥25的打開關(guān)-閉控制例行程序，從而調(diào)節(jié)分餾通道21內(nèi)的壓力和分支點(diǎn)21c處的溫度。
本發(fā)明不局限于上述實(shí)施例，可以在本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)按照各種方面實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。例如，用于促進(jìn)燃料分餾的內(nèi)燃機(jī)的能量不局限于內(nèi)燃機(jī)浪費(fèi)的熱能如排氣熱量等等，能利用基于內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生的任何能量來促進(jìn)分餾。
可以設(shè)置分餾部分21a以便實(shí)現(xiàn)部分21和排氣通道3的合適位置之間的熱交換，例如，可以設(shè)置分餾部分21a以使其貫穿歧管3a的內(nèi)側(cè)。在這種情況下，由于分餾部分21a設(shè)置在具有較高排氣溫度的位置，所以能迅速增加燃料的溫度。
只要能由液相燃料封閉氣相滯止部22a的下游側(cè)，能以合適的形狀形成氣相滯止部22a和通道部22b。如圖10中所示，結(jié)構(gòu)是這樣的以使得通過在氣相滯止部22a的中間增加小孔22c來減小液相通道22的內(nèi)徑。在這種情況下，氣相燃料難以從小孔22c流入下游側(cè)，和能安全地禁止氣相燃料流入液相通道22的下游側(cè)中。如圖11中所示，可以通過將液相通道22形成為S形的彎曲形狀來形成氣相滯止部22a和通道部22b。
分餾通道21可以與燃料供給系統(tǒng)的合適位置相連，例如可以與供給通道8相連或可以與燃料箱7相連。
可以根據(jù)汽化的輕組分合適地設(shè)定目標(biāo)溫度。例如，目標(biāo)溫度不局限于220℃左右的范圍，可以根據(jù)餾出燃料容器24的存儲(chǔ)量將目標(biāo)溫度設(shè)定在等于或小于220℃的范圍內(nèi)，或可以將目標(biāo)溫度固定到220℃或220℃附近的溫度。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃機(jī)的燃料分餾方法，包括下列步驟在使燃料流到分餾通道時(shí)向分餾通道應(yīng)用促進(jìn)內(nèi)燃機(jī)燃料分餾的操作，從而在所述分餾通道內(nèi)將燃料分餾成氣相燃料和液相燃料；將分餾出的氣相燃料和分餾出的液相燃料引導(dǎo)到所述分餾通道的分支點(diǎn)；和由于重力分別使所述氣相燃料和液相燃料分離到上分支通道和下分支通道。
2.一種內(nèi)燃機(jī)的燃料分餾裝置，包括分餾通道，其與內(nèi)燃機(jī)的燃料供給系統(tǒng)相連且通過分餾部分到達(dá)末端的分支點(diǎn)，燃料的分餾促進(jìn)作用被應(yīng)用于所述分餾部分；從所述分支點(diǎn)向下側(cè)分支的液相分支通道；和從所述分支點(diǎn)向比液相分支通道靠上的上側(cè)分支的氣相分支通道。
3.如權(quán)利要求2所述的燃料分餾裝置，其特征在于所述液相分支通道的入口設(shè)有氣相燃料流入禁止部，用于由于所述液相燃料的存在而禁止氣相燃料流入所述液相分支通道的下游側(cè)。
4.如權(quán)利要求3所述的燃料分餾裝置，其特征在于在所述氣相燃料流入禁止部中設(shè)置小孔。
5.如權(quán)利要求2到4中任一個(gè)所述的燃料分餾裝置，其特征在于所述分餾部分貫穿一個(gè)區(qū)域，由內(nèi)燃機(jī)的廢熱引起的加熱操作作為分餾促進(jìn)操作應(yīng)用到該區(qū)域。
6.如權(quán)利要求5所述的燃料分餾裝置，其特征在于利用內(nèi)燃機(jī)的排氣熱量作為內(nèi)燃機(jī)的廢熱。
7.如權(quán)利要求2到5中任一個(gè)所述的燃料分餾裝置，包括作為產(chǎn)生分餾促進(jìn)操作的設(shè)備的壓力調(diào)節(jié)設(shè)備，用于調(diào)節(jié)所述分餾通道內(nèi)的壓力。
8.如權(quán)利要求7所述的燃料分餾裝置，包括壓力控制設(shè)備，用于基于流過所述分餾通道的燃料的溫度控制所述壓力調(diào)節(jié)設(shè)備的操作。
9.如權(quán)利要求5或6所述的燃料分餾裝置，包括用于檢測所述分支點(diǎn)的溫度的溫度檢測設(shè)備；能夠調(diào)節(jié)所述分支點(diǎn)的溫度的溫度調(diào)節(jié)設(shè)備；和溫度控制設(shè)備，用來基于由所述溫度檢測設(shè)備檢測到的溫度控制所述溫度調(diào)節(jié)設(shè)備的操作以便將所述分支點(diǎn)的溫度保持在預(yù)定目標(biāo)溫度。
10.如權(quán)利要求9所述的燃料分餾裝置，其特征在于所述溫度調(diào)節(jié)設(shè)備改變被引導(dǎo)到所述分餾部分的燃料的流量以便調(diào)節(jié)所述分支點(diǎn)的溫度。
11.如權(quán)利要求10所述的燃料分餾裝置，其特征在于所述溫度控制設(shè)備操作所述溫度調(diào)節(jié)設(shè)備，以便在所述溫度檢測設(shè)備檢測到的溫度相對(duì)于目標(biāo)溫度偏離可允許范圍時(shí)，將被引導(dǎo)到所述分餾部分的燃料的流量限制到最小值。
12.如權(quán)利要求10或11所述的燃料分餾裝置，包括用于存儲(chǔ)從所述氣相分支通道引導(dǎo)的燃料的餾出燃料容器；和用于檢測所述餾出燃料容器的存儲(chǔ)量的存儲(chǔ)量檢測設(shè)備，其中所述溫度控制設(shè)備在所述存儲(chǔ)量檢測設(shè)備檢測到的存儲(chǔ)量增大的情況下降低目標(biāo)溫度。
13.如權(quán)利要求5到12中任一個(gè)所述的燃料分餾裝置，其特征在于將所述分餾部分設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)的排氣通道內(nèi)，和將所述分支點(diǎn)設(shè)置在排氣通道的外側(cè)。
14.如權(quán)利要求5到13中任一個(gè)所述的燃料分餾裝置，其特征在于將排氣凈化設(shè)備設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)的排氣通道中，和設(shè)置所述分餾部分以便其在排氣凈化設(shè)備的下游側(cè)完成所述分餾部分和排氣通道之間的熱交換。
15.如權(quán)利要求7或8所述的燃料分餾裝置，其特征在于設(shè)置所述分餾部分以便其完成分餾部分和包圍內(nèi)燃機(jī)燃燒室的發(fā)動(dòng)機(jī)主體之間或分餾部分和發(fā)動(dòng)機(jī)主體的冷卻水之間的熱交換。
全文摘要
能在內(nèi)燃機(jī)中分餾燃料時(shí)合適地控制燃料狀態(tài)的燃料分餾方法，其包括下列步驟在使燃料流到分餾通道(21)時(shí)向分餾通道(21)應(yīng)用促進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)(1)的燃料分餾的操作，從而在分餾通道(21)內(nèi)將燃料分餾成氣相燃料和液相燃料，將分餾出的氣相燃料和分餾出的液相燃料引導(dǎo)到分餾通道(21)的分支點(diǎn)(21c)，和由于重力分別使氣相燃料與液相燃料分離到氣相通道(23)和液相通道(22)。
文檔編號(hào)F02G5/02GK1816691SQ20048001879
公開日2006年8月9日 申請(qǐng)日期2004年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月1日
發(fā)明者植田貴宣, 廣田信也 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社