JP5259506B2

JP5259506B2 - 潤滑向上剤自動投入方法

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Publication number: JP5259506B2
Application number: JP2009155197A
Authority: JP
Inventors: ライハン・カンドカー・アブ
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2009-06-30
Filing date: 2009-06-30
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2029-06-30
Also published as: JP2011012560A; WO2011001866A1; CN102472131B; KR20120023060A; KR101269297B1; CN102472131A

Description

エンジンの燃料に潤滑向上剤を自動的に投入する方法に関する。

ＤＭＥ（ジメチルエーテル）は、エンジン等において使用する上で、潤滑性が不十分である。このため、ＤＭＥ等の燃料には、潤滑向上剤を添加する必要がある。従来、潤滑向上剤は、燃料タンクに手動で供給されていた。

特許文献１には、潤滑向上剤を自動で供給可能な技術が開示されている。特許文献１の燃料供給装置では、潤滑向上剤は、燃料タンクと燃料ポンプとの間の燃料供給路に、燃料ポンプの作動中に継続して供給される。

特開２００６−２４２１２１号公報

ＤＭＥエンジンは、例えば、コージェネレーションシステムにおいて用いられる。ＤＭＥコージェネレーションシステムには、ＤＭＥがＤＭＥステーション又はＤＭＥパイプラインから、自動的に供給される。ここで、ＤＭＥステーション又はＤＭＥパイプライン内のＤＭＥは、潤滑向上剤を含んでいない。このため、ＤＭＥエンジンにＤＭＥを供給するまでに、ＤＭＥに潤滑向上剤を添加する必要がある。ＤＭＥコージェネレーションシステムは、燃料タンク内の燃料が適切に補給されている限り、２４時間継続して稼働させることができる。しかし、従来のように、手動により燃料タンク内に潤滑向上剤を添加する場合、作業者は燃料タンク内の燃料の減量を２４時間体制で監視する必要があり、作業効率の悪化が考えられる。したがって、ＤＭＥだけでなく潤滑向上剤も自動的に補給されることが、望ましい。

ＤＭＥエンジンでは、過剰なＤＭＥが燃料噴射装置に供給されており、燃料タンクと燃料噴射装置との間をＤＭＥが循環する。特許文献１の燃料供給装置は、循環しているＤＭＥに潤滑向上剤を添加するので、ＤＭＥが循環するたびに、ＤＭＥに潤滑向上剤が添加される。所定量のＤＭＥと、そのＤＭＥに添加される潤滑向上剤の量との比は、所定比率に保たれることが望ましい。しかし、特許文献１の燃料供給装置では、ＤＭＥに添加される潤滑向上剤の量が過剰になってしまう。

そこで、本発明は、燃料（ＤＭＥ）と潤滑向上剤との比が所定比率に保たれるように、燃料に潤滑向上剤を自動的に投入する方法を、提供する。

第１発明は、エンジンの燃料タンク内に燃料供給ラインを通じて供給目標量の燃料が供給されているときに、前記燃料供給ライン内に前記潤滑向上剤を投入することによって、前記燃料に前記潤滑向上剤を混合する、潤滑向上剤自動投入方法であって、前記供給目標量と前記潤滑向上剤の投入量との比が所定比率となるように、前記供給目標量に対応する前記投入量を算出し、前記投入量の投入に費やされる向上剤投入時間を、前記供給目標量の供給に要する燃料供給時間に等しく設定し、投入される前記潤滑向上剤の流量を、前記向上剤投入時間及び前記投入量に基づいて算出し、前記潤滑向上剤を前記向上剤投入時間に渡って前記流量で継続的に投入する。

第２発明は、エンジンの燃料タンク内に燃料供給ラインを通じて供給目標量の燃料が供給されているときに、前記燃料供給ライン内に前記潤滑向上剤を投入することによって、前記燃料に前記潤滑向上剤を混合する、潤滑向上剤自動投入方法であって、前記供給目標量と前記潤滑向上剤の投入量との比が所定比率となるように、前記供給目標量に対応する前記投入量を算出し、前記投入量の投入に費やされる向上剤投入時間を、前記供給目標量の供給に要する燃料供給時間よりも所定時間短く又は所定割合だけ小さく設定し、投入される前記潤滑向上剤の流量を、前記向上剤投入時間及び前記投入量に基づいて算出し、前記潤滑向上剤を前記向上剤投入時間に渡って前記流量で継続的に投入する。

第２発明は、好ましくは、構成（ａ）を採用できる。

（ａ）前記向上剤投入時間が前記燃料供給時間よりも前に終了するように、前記潤滑向上剤の投入を開始する。

本発明は、燃料と潤滑向上剤との比が所定比率に保たれるように、燃料に潤滑向上剤を自動的に投入することができる。特に、潤滑向上剤が継続的に燃料に投入されるので、燃料に潤滑混合剤を均一に混合できる。燃料と潤滑向上剤とが良好に混合されることによって、燃料噴射系の異常摩耗が防止される。

本発明は、向上剤投入時間が燃料供給時間よりも前に終了するように、潤滑向上剤の投入を開始する。このため、投入された潤滑向上剤が燃料供給ライン内に残留することが確実に防止される。

ＤＭＥエンジンシステム及びＤＭＥ供給システムを示す概略図である。潤滑向上剤自動投入制御のフローチャートである。

図１は、ＤＭＥエンジンシステム１及びＤＭＥ供給システム１００を示す概略図である。ＤＭＥ供給システム１００は、ＤＭＥ供給源１０１からエンジン２の燃料タンク３に、ＤＭＥ及び潤滑向上剤を供給するシステムである。燃料タンク３には、潤滑向上剤を含むＤＭＥが蓄えられる。ＤＭＥエンジンシステム１は、エンジン２に、潤滑向上剤を含むＤＭＥにより、エンジン２を駆動する装置である。ＤＭＥ供給源１０１は、ＤＭＥのパイプラインシステム、又はＤＭＥのタンクである。

以下、潤滑向上剤を含まないＤＭＥを単に「ＤＭＥ」とし、潤滑向上剤を含むＤＭＥを「混合ＤＭＥ」とする。

図１において、ＤＭＥエンジンシステム１は、エンジン２と、燃料タンク３と、高圧ポンプ４と、エンジン制御装置５と、を備えている。ＤＭＥエンジンシステム１は、燃料用のラインとして、第１燃料ライン１１と、第２燃料ライン１２と、第３燃料ライン１３と、第４燃料ライン１４と、を備えている。ＤＭＥエンジンシステム１は、ＤＭＥ蒸気をパージするためのラインとして、第１パージライン２１と、第２パージライン２２と、第３パージライン２３と、を備えている。ＤＭＥエンジンシステム１は、弁として、圧力調整弁３０と、第２遮断弁３２と、第３遮断弁３３と、逆止弁３４と、を備えている。

第１燃料ライン１１は、燃料タンク３と高圧ポンプ４とを接続している。第２燃料ライン１２は、高圧ポンプ４とエンジン２とを接続している。第３燃料ライン１３及び第４燃料ライン１４は、圧力調整弁３０を介して、エンジン２と燃料タンク３とを接続している。圧力調整弁３０は、第３燃料ライン１３と第４燃料ライン１４との間に設けられている。逆止弁３４は、燃料タンク３と第４燃料ライン１４との間に設けられている。

第２遮断弁３２は、第２燃料ライン１２と第２パージライン２２との間に設けられている。第２遮断弁３２が開放されると、第２燃料ライン１２内のＤＭＥ蒸気が、第２パージライン２２を介して大気中に開放される。第３遮断弁３３は、第３燃料ライン１３と第３パージライン２３との間に設けられている。第３遮断弁３３が開放されると、第３燃料ライン１３内のＤＭＥ蒸気が、第３パージライン２３を介して大気中に開放される。

エンジン制御装置５は、ＤＭＥエンジンシステム１の各部を制御する。エンジン制御装置５は、エンジン２を作動させるときに、高圧ポンプ４を作動させる。混合ＤＭＥは、高圧ポンプ４の作動により、ライン１１〜１４を経由して、燃料タンク３及びエンジン２を循環する。

図１において、ＤＭＥ供給システム１００は、向上剤タンク１０２と、向上剤ポンプ１０３と、供給制御装置１０５と、を備えている。ＤＭＥ供給システム１００は、供給ラインとして、燃料供給ライン１１１と、第１向上剤供給ライン１２１と、第２向上剤供給ライン１２２と、を備えている。ＤＭＥ供給システム１００は、弁として、入口遮断弁ＳＶ−１と、ＤＭＥ電磁弁ＣＶ−３と、向上剤電磁弁ＣＶ−４と、パージ電磁弁ＲＶ−２と、を備えている。ＤＭＥ供給システム１００は、センサとして、流量センサ１５１と、供給圧力センサＰＳ−１と、温度センサ１５２と、タンク内圧力センサＰＳ−２と、容量レベルセンサ５１と、を備えている。

燃料供給ライン１１１は、ＤＭＥ供給源１０１と燃料タンク３とを接続している。ＤＭＥは、ＤＭＥ供給源１０１から燃料タンク３に向けて供給される。燃料供給ライン１１１上には、ＤＭＥの流れ方向に沿って、入口遮断弁ＳＶ−１、流量センサ１５１、合流部１３１、供給圧力センサＰＳ−１、温度センサ１５２、及びＤＭＥ電磁弁ＣＶ−３が、配置されている。

第１向上剤供給ライン１２１は、向上剤タンク１０２と、向上剤ポンプ１０３とを接続している。第２向上剤供給ライン１２２は、向上剤ポンプ１０３と燃料供給ライン１１１とを接続している。合流部１３１は、第２向上剤供給ライン１２２と燃料供給ライン１１１との接続部である。潤滑向上剤は、向上剤タンク１０２から向上剤ポンプ１０３を経由して、燃料供給ライン１１１上の合流部１３１に供給される。第２向上剤供給ライン１２２上には、向上剤電磁弁ＣＶ−４が配置されている。

向上剤ポンプ１０３は、本実施形態では、定量ポンプである。

入口遮断弁ＳＶ−１は、合流部１３１の上流側において、燃料供給ライン１１１を開閉できる。ＤＭＥ電磁弁ＣＶ−３は、合流部１３１の下流側において、燃料供給ライン１１１を開閉できる。向上剤電磁弁ＣＶ−４は、第２向上剤供給ライン１２２を開閉できる。

供給圧力センサＰＳ−１は、合流部１３１の下流側において、燃料供給ライン１１１内の圧力を検出できる。

流量センサ１５１は、燃料供給ライン１１１内の流量を検出できる。このため、流量センサ１５１は、当然ながら、燃料供給ライン１１１内に流れが発生しているか流れが停止しているかも、検出できる。

温度センサ１５２は、合流部１３１の下流側において、燃料供給ライン１１１内の温度を検出できる。温度センサ１５２は、本実施形態では、熱電対である。

パージ電磁弁ＲＶ−２は、第１パージライン２１上に設けられている。パージ電磁弁ＲＶ−２が開放されると、燃料タンク３内のＤＭＥ蒸気が、第１パージライン２１を介して大気中に解放される。

タンク内圧力センサＰＳ−２は、第１燃料ライン１１の圧力を検出する。ここで、第１燃料ライン１１の圧力は、燃料タンク３内の圧力に等しい。

容量レベルセンサ５１は、燃料タンク３内に蓄えられているＤＭＥの量を検出する。

供給制御装置１０５は、ＤＭＥ供給システム１００の各部を制御する。具体的には、供給制御装置１０５は、パージ電磁弁ＲＶ−２、入口遮断弁ＳＶ−１、ＤＭＥ電磁弁ＣＶ−３、及び向上剤電磁弁ＣＶ−４の開閉を制御する。供給制御装置１０５は、向上剤ポンプ１０３の駆動を制御する。供給制御装置１０５は、供給圧力センサＰＳ−１、タンク内圧力センサＰＳ−２、容量レベルセンサ５１、及び温度センサ１５２による検出情報を、把握できる。

ＤＭＥ供給システム１００において、潤滑向上剤を含まないＤＭＥが、ＤＭＥ供給源１０１から燃料供給ライン１１１に供給される。燃料供給ライン１１１上の合流部１３１において、ＤＭＥに、潤滑向上剤が投入される。つまり、合流部１３１において、ＤＭＥと潤滑向上剤とが混合される。この結果、潤滑向上剤を含むＤＭＥ（混合ＤＭＥ）が、燃料タンク３に供給される。

図２は、潤滑向上剤自動投入制御のフローチャートである。供給制御装置１０５は、潤滑向上剤自動投入制御を実行できる。潤滑向上剤自動投入制御は、シーケンス制御である。潤滑向上剤自動投入制御において、後述の各ステップの処理が、順次実行される。

潤滑向上剤自動投入制御において、ＤＭＥに、潤滑向上剤が自動的に投入される。ここで、ＤＭＥの量と潤滑向上剤の量とが所定比率となるように、ＤＭＥと潤滑向上剤とが混合される。特に、ＤＭＥと潤滑向上剤とが良好に混合するように、潤滑向上剤が少量ずつ継続的に、燃料供給ライン１１１内に投入される。以下、具体的な手順が説明される。

潤滑向上剤自動投入制御の開始時点において、入口遮断弁ＳＶ−１は開放されており、ＤＭＥ電磁弁ＣＶ−３及び向上剤電磁弁ＣＶ−４は閉じられている。入口遮断弁ＳＶ−１は、メンテナンス時などを除いて通常は開放されている。

ＤＭＥ供給システム１００は、システムを起動するための起動スイッチを備えている。ステップＳ１において、供給制御装置１０５は、起動スイッチが押されたことを検出すると、潤滑向上剤自動投入制御を開始する。

ステップＳ２において、供給制御装置１０５は、ＤＭＥ供給目標量を計算する。ＤＭＥ供給目標量は、今回のＤＭＥ供給作業において、ＤＭＥ供給システム１００が燃料タンク３にＤＭＥを供給する量を意味する。本実施形態では、燃料タンク３内の空き容量が、ＤＭＥの供給目標量に設定されている。

ＤＭＥ供給目標量＝タンク最大量−タンク残量・・・（１）

タンク最大量は、燃料タンク３の最大容量であり、特定されている。タンク残量は、燃料タンク３内に残っている混合ＤＭＥの量である。供給制御装置１０５は、容量レベルセンサ５１による検出情報に基づいて、タンク残量を特定できる。このため、供給制御装置１０５は、式（１）に基づいて、ＤＭＥ供給目標量を算出できる。

ステップＳ３において、供給制御装置１０５は、潤滑向上剤の投入量を計算する。投入量は、今回のＤＭＥ供給作業において、ＤＭＥ供給目標量に合わせて投入される潤滑向上剤の量を意味する。上述したように、供給目標量と投入量との比率は、所定比率に設定されている。このため、投入量は、供給目標量及び式（２）及び（３）に基づいて、算出される。

投入量（ｍｌ）＝ＤＭＥ供給目標量（Ｌ）×所定比率・・・（２）
所定比率＝ＤＭＥ比重（ｇ／ｃｍ^３）×潤滑向上剤濃度（ｐｐｍ）／（潤滑向上剤比重（ｋｇ／ｍ^３）×１０００）・・・（３）

式（３）は、重量比を用いている。ＤＭＥ比重＝０．６７（ｇ／ｃｍ^３）であり、潤滑向上剤比重（ｋｇ）＝０．９（ｋｇ／ｍ^３）である。

供給制御装置１０５は、式（２）及び（３）に基づいて、潤滑向上剤の投入量を算出できる。

ステップＳ４において、供給制御装置１０５は、ＤＭＥ供給時間に基づいて、向上剤投入時間を設定する。ＤＭＥ供給時間は、供給目標量のＤＭＥの供給に要する時間である。つまり、供給目標量のＤＭＥは、ＤＭＥ供給時間の時間をかけて、燃料タンク３内に充填される。向上剤投入時間は、投入量の潤滑向上剤の投入に費やされる時間である。つまり、潤滑向上剤は、向上剤投入時間の時間をかけて、燃料供給ライン１１１内に継続的に投入される。

ＤＭＥに潤滑向上剤を良好に混合させるために、ＤＭＥが供給されている間、潤滑向上剤が継続的に燃料供給ライン１１１内に投入することが望ましい。したがって、向上剤投入時間を、ＤＭＥ供給時間に等しく設定することが考えられる。本実施形態では、向上剤投入時間は、ＤＭＥ供給時間よりも所定時間だけ小さく設定される。所定時間が３０秒である場合、ＤＭＥ供給時間が１２０秒であるときに、向上剤投入時間は９０秒に設定される。向上剤投入時間をＤＭＥ供給時間よりも短くすることによって、ＤＭＥ供給の最終段階においてＤＭＥを流す時間が確保される。この結果、投入された潤滑向上剤が燃料供給ライン１１１内に残留することが確実に防止される。

ＤＭＥ供給時間は、次のようにして特定される。ＤＭＥ供給源１０１がＤＭＥを吐き出す圧力は、一定である。このため、ＤＭＥ電磁弁ＣＶ−３が開かれているときに、燃料供給ライン１１１を流れるＤＭＥの流量も、一定値である。したがって、供給目標量は、ＤＭＥ供給時間×ＤＭＥ供給源１０１の吐出圧力、に等しい。ＤＭＥ供給源１０１の吐出圧力は、既知の値である。したがって、ステップＳ２において供給目標量が特定されれば、供給制御装置１０５は、供給目標量に基づいてＤＭＥ供給時間を特定できる。

ステップＳ５において、供給制御装置１０５は、向上剤投入時間及び投入量に基づいて、潤滑向上剤の流量を計算する。潤滑向上剤の流量は、燃料供給ライン１１１内に投入される潤滑向上剤の流量を意味する。定量ポンプである向上剤ポンプ１０３の吐出流量が、潤滑向上剤の流量に等しい。投入量は、向上剤投入時間×潤滑向上剤の流量、に等しい。したがって、供給制御装置１０５は、向上剤投入時間及び投入量に基づいて、必要な吐出流量を計算できる。

ステップＳ６において、供給制御装置１０５は、ＤＭＥ電磁弁ＣＶ−３を開放する。この結果、ＤＭＥが燃料タンク３内へと流れ込んでいく。

ステップＳ７において、供給制御装置１０５は、流量センサ１５１における燃料流れパルスの有無に基づいて、燃料供給ライン１１１内における流れの有無を確認する。つまり、供給制御装置１０５は、ＤＭＥ電磁弁ＣＶ−３の開放によって、正常にＤＭＥが流れていることを確認する。

ステップＳ８において、供給制御装置１０５は、向上剤電磁弁ＣＶ−４を開放する。この結果、ＤＭＥに潤滑向上剤が混入できる状態となる。

ステップＳ９において、供給制御装置１０５は、向上剤ポンプ１０３を起動すると共に、起動できたか否かを確認する。ここで、供給制御装置１０５は、向上剤ポンプ１０３の目標出力を、ステップＳ５において計算された吐出流量に設定する。起動が確認された場合、処理がステップＳ１１に進み、起動が確認されなかった場合、処理がステップＳ１０に進む。

ステップＳ１０において、供給制御装置１０５は、ＤＭＥ電磁弁ＣＶ−３及び向上剤電磁弁ＣＶ−４を閉じる。供給制御装置１０５は、向上剤ポンプ１０３に不具合があるので、潤滑向上剤自動投入制御を一旦終了させる。

ステップＳ１１において、供給制御装置１０５は、向上剤ポンプ１０３の起動時点から向上剤投入時間が経過するのを待機する。向上剤投入時間の経過中、燃料供給ライン１１１内で、ＤＭＥと潤滑向上剤とが混合される。この結果、混合ＤＭＥが燃料供給ライン１１１を介して燃料タンク３に供給される。

ステップＳ１２において、供給制御装置１０５は、向上剤ポンプ１０３の駆動を停止させる。

ステップＳ１３において、供給制御装置１０５は、向上剤電磁弁ＣＶ−４を閉じる。この結果、ＤＭＥに潤滑向上剤が混入できない状態となる。

ステップＳ１４において、供給制御装置１０５は、供給目標量の混合ＤＭＥが燃料タンク３内に充填されるのを待機する。供給制御装置１０５は、容量レベルセンサ５１の検出情報、又はＤＭＥ電磁弁ＣＶ−３の開放時点からのＤＭＥ供給時間の計測に基づいて、供給目標量が充填されたことを、把握できる。

ここで、向上剤ポンプ１０３の起動時点から向上剤投入時間までの間は、混合ＤＭＥが燃料タンク３に供給されている。一方、向上剤投入時間の経過後は、潤滑向上剤を含まないＤＭＥが燃料タンク３に供給されている。

ステップＳ１５において、供給制御装置１０５は、ＤＭＥ電磁弁ＣＶ−３を閉じる。この結果、ＤＭＥの供給が停止される。

ステップＳ１６において、供給制御装置１０５は、潤滑向上剤自動投入制御を終了させる。

本実施形態は、次の効果を有している。本実施形態は、ＤＭＥと潤滑向上剤との比が所定比率に保たれるように、ＤＭＥに潤滑向上剤を自動的に投入することができる。特に、定量ポンプ（向上剤ポンプ１０３）により、潤滑向上剤が継続的に燃料に投入されるので、ＤＭＥに潤滑混合剤を均一に混合できる。ＤＭＥと潤滑向上剤とが良好に混合されることによって、燃料噴射系の異常摩耗が防止される。

また、本実施形態は、向上剤投入時間がＤＭＥ供給時間よりも前に終了するように、潤滑向上剤の投入を開始する。このため、投入された潤滑向上剤が燃料供給ライン１１１内に残留することが確実に防止される。

本実施形態では、向上剤投入時間は、ＤＭＥ供給時間よりも所定時間だけ小さく設定されている。向上剤投入時間は、ＤＭＥ供給時間よりも所定割合だけ小さく設定されてもよい。また、向上剤投入時間は、ＤＭＥ供給時間に等しく設定されてもよい。

本実施形態では、ＤＭＥの流れの有無を検出する手段は、流量センサ１５１である。流量を検出できる流量センサ１５１に代えて、流れの有無のみを検出できる手段を、用いることができる。

２エンジン
３燃料タンク
１００ＤＭＥ供給システム
１１１燃料供給ライン
１２１第１向上剤供給ライン
１２２第２向上剤供給ライン
１３１合流部
ＣＶ−３ＤＭＥ電磁弁
ＣＶ−４向上剤電磁弁
１５１流量センサ

Claims

エンジンの燃料タンク内に燃料供給ラインを通じて供給目標量の燃料が供給されているときに、前記燃料供給ライン内に前記潤滑向上剤を投入することによって、前記燃料に前記潤滑向上剤を混合する、潤滑向上剤自動投入方法であって、
前記供給目標量と前記潤滑向上剤の投入量との比が所定比率となるように、前記供給目標量に対応する前記投入量を算出し、
前記投入量の投入に費やされる向上剤投入時間を、前記供給目標量の供給に要する燃料供給時間に等しく設定し、
投入される前記潤滑向上剤の流量を、前記向上剤投入時間及び前記投入量に基づいて算出し、
前記潤滑向上剤を前記向上剤投入時間に渡って前記流量で継続的に投入する、
潤滑向上剤自動投入方法。
エンジンの燃料タンク内に燃料供給ラインを通じて供給目標量の燃料が供給されているときに、前記燃料供給ライン内に前記潤滑向上剤を投入することによって、前記燃料に前記潤滑向上剤を混合する、潤滑向上剤自動投入方法であって、
前記供給目標量と前記潤滑向上剤の投入量との比が所定比率となるように、前記供給目標量に対応する前記投入量を算出し、
前記投入量の投入に費やされる向上剤投入時間を、前記供給目標量の供給に要する燃料供給時間よりも所定時間短く又は所定割合だけ小さく設定し、
投入される前記潤滑向上剤の流量を、前記向上剤投入時間及び前記投入量に基づいて算出し、
前記潤滑向上剤を前記向上剤投入時間に渡って前記流量で継続的に投入する、
潤滑向上剤自動投入方法。
前記向上剤投入時間が前記燃料供給時間よりも前に終了するように、前記潤滑向上剤の投入を開始する、
請求項２に記載の、潤滑向上剤自動投入方法。