JP2000110683A - 低沸点燃料用ディーゼル機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ディーゼル機関の主燃料として、ＤＭＥ
燃料などの低沸点燃料を用いたとき、燃料噴射ポンプの
プランジャーとプランジャーバレルの隙間からの燃料リ
ーク及び噴射ノズルからのリークがあったとしても、簡
便な方法により、エンジン始動時のディーゼルノック等
の異常燃焼を防ぎ、かつリークガスを有効利用する。 【解決手段】 上記課題は、液化低沸点燃料タンクと燃
料噴射ポンプの間にエンジンの始動、停止と連動する３
方電磁弁を設け、エンジンを運転中は該燃料タンクと燃
料噴射ポンプの間を連通させ、エンジン停止中は燃料タ
ンクを閉じ燃料噴射ポンプと３方電磁弁の間を系外に連
通させることを特徴とする低沸点燃料用ディーデル機関
によって解決される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ジメチルエーテル
やジエチルエーテル等の低沸点燃料を主燃料とするディ
ーゼル機関に関する。

【０００２】

【従来の技術】軽油を燃料としているディーゼル機関に
用いられている燃料噴射ポンプは、燃料タンクから噴射
ポンプへの燃料送油を、燃料タンクと噴射ポンプとを結
ぶ管路上に設けられたフィーダポンプで約２ｋｇｆ／ｃ
ｍ²に加圧圧送している。

【０００３】プランジャバレル内のプランジャの摺動
は、プランジャとプランジャバレルの隙間から燃料ポン
プカム室へリークするわずかな軽油の燃料自身による粘
性で潤滑を行うように設計され、そのリーク量は一般的
には噴射量の０．０１％といわれている。

【０００４】したがって、噴射ポンプでの燃料のリーク
量については、軽油を主燃料としたディーゼル機関で
は、噴射ポンプでのリークによる潤滑油の希釈、燃費、
安全性などの点で問題とはならない。

【０００５】メタノールに代表されるアルコール系ディ
ーゼル燃料は一般的に軽油に比べて１／１０〜１／２０
の粘性といわれている。

【０００６】このような低粘性燃料を用いた場合、噴射
ポンプのプランジャバレルとプランジャの隙間からリー
クする量が多くなり、燃料噴射ポンプの潤滑油を希釈す
ることを避けるため、ダイヤフラムを介して燃料を圧縮
する方式が提案されている（特開平６−１７３８１１号
公報）。

【０００７】ジメチルエーテルを燃料とするディーゼル
機関についての報告（ＳＡＥ Ｐａｐｅｒ ９５００６
４，９５００６２）はあるが、噴射ポンプの形式がユニ
ットインジェクタ方式であり、列形噴射ポンプとは一般
的な異なった方式のものである。また、ＤＭＥリークガ
ス対策等について詳細な記述が見られない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ジメチルエーテル（以
後、ＤＭＥ）燃料は、ディーゼル機関に適用した場合、
軽油と同程度のセタン価をもつため、現状のディーゼル
機関の代替燃料として利用が可能であるばかりか、軽油
ディーゼル燃焼に比べて、排ガス中のＮＯｘ濃度が低
く、全出力領域で排煙が極めて少ないクリーンな燃料と
なることが期待される。

【０００９】本発明者らはディーゼル機関の公害の少な
い新たな燃料としてＤＭＥに着目し、その実用化を図る
べく鋭意検討を行なった。

【００１０】その結果次の事実が判明した。

【００１１】ＤＭＥ燃料は沸点が約−２５℃と低沸点で
あるため、常温で気体であり、一方ディーゼル機関の噴
射ポンプで加圧するためには、燃料は液体である必要が
ある。

【００１２】噴射ポンプ内の温度は、ディーゼルエンジ
ンが運転中上昇する。温度が上昇しても低沸点燃料であ
るＤＭＥ等が液体であるような圧力で燃料を加圧する必
要がある。そこで、ディーゼル機関の燃料噴射ポンプに
液体として供給するためには、１５ｋｇｆ／ｃｍ²〜３
０ｋｇｆ／ｃｍ²と高い圧力で供給する必要がある。

【００１３】また、ＤＭＥ液体燃料の粘性はメタノール
等のアルコール系燃料と同様に軽油の１／１０〜１／２
０である。

【００１４】このような、ＤＭＥ燃料をディーゼル用噴
射ポンプに適用した場合、噴射ポンプへの供給圧が軽油
に比べて大きいことと、低粘性であるため、プランジャ
バレルとプランジャの隙間からリークする燃料は軽油使
用時に比べて非常に大きなものとなる。

【００１５】プランジャとプランジャバレルからプラン
ジャ下部室を通って噴射ポンプカム室へリークしたＤＭ
Ｅ燃料はガス化し、噴射ポンプの潤滑油の希釈性につい
ては問題とならないものの、エンジンクランク室密閉型
のディーゼル機関においては、噴射ポンプおよびクラン
ク室が密閉構造となっており、そのため、ＤＭＥリーク
ガスは、プランジャ下部室から噴射ポンプのタペット部
を通して噴射ポンプカム室に流れ込み、そして、噴射ポ
ンプカムのシャフトを通して、最終的にエンジンクラン
ク室に流れ出る。

【００１６】この結果、ＤＭＥ燃料リークガス（可燃ガ
ス）がクランク室に充満することとなる。エンジン運転
中は、クランク室に流れ込んだＤＭＥ燃料リークガス
は、ブローバイガスとして吸気管に吸い込まれるため、
クランク室内のＤＭＥガス濃度が安全上問題となること
はない。また、運転中に、吸気管に吸気されるＤＭＥリ
ークガスを含んだブローバイガスを吸気管に吸気して
も、異常燃焼を引き起こすほどのＤＭＥガス濃度ではな
いため、燃焼上問題もない。

【００１７】しかし、エンジン停止時には、噴射ポンプ
へＤＭＥ燃料を圧送する燃料供給ラインはノンリーク型
の電磁弁で密封することが可能であるが、噴射ポンプ内
及び噴射ノズルに至る高圧配管内及び噴射ノズル内のＤ
ＭＥ燃料は、構造上これを密封することができないた
め、噴射ポンプでは、プランジャとプランジャバレルの
隙間からＤＭＥ燃料がリークガスとして、リークし、噴
射ポンププランジャ下部室、タペット部、噴射ポンプカ
ム室からクランク室に充満することとなる。また、噴射
ノズル及び高圧配管部の液体ＤＭＥ燃料も噴射ノズル部
での密封性が完全ではないため、少しずつシリンダ内等
にガス化してリークし、シリンダ内にＤＭＥガスが充満
する。

【００１８】このため、エンジン再始動時に、シリンダ
内にＤＭＥガスが充満していることと、クランク室に充
満したＤＭＥガスのため、吸気管内に、ＤＭＥガスの比
較的濃度の高いブローバイガスが吸気されるため、ディ
ーゼルノック等の異常燃焼を引き起こし、激しい振動・
騒音を発生させる原因となる。

【００１９】前述の低粘性燃料用プランジャーポンプ
は、ダイヤフラムを介した圧縮装置であり、密閉構造と
なってはいるものの、構造が複雑となり、コスト的には
問題である。

【００２０】本発明は、ディーゼル機関の主燃料とし
て、ＤＭＥ燃料などの低沸点燃料を用いたとき、燃料噴
射ポンプのプランジャーとプランジャーバレルの隙間か
らの燃料リーク及び噴射ノズルからのリークがあったと
しても、簡便な方法により、エンジン始動時のディーゼ
ルノック等の異常燃焼を防ぐことと、リークガスを有効
利用することを目的としたものである。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するべくなされたものであり、エンジンの停止時には燃
焼噴射ポンプ室内を大気に連通させてそこに残存してい
るＤＭＥ等の低沸点燃料を大気中に逃散させることによ
って始動時のＤＭＥガスの異常高濃度化問題を解決した
ものである。

【００２２】すなわち、本発明は、液化低沸点燃料タン
クと燃料噴射ポンプの間にエンジンの始動、停止と連動
する３方電磁弁を設け、エンジンを運転中は該燃料タン
クと燃料噴射ポンプの間を連通させ、エンジン停止中は
燃料タンクを閉じ燃料噴射ポンプと３方電磁弁の間を系
外に連通させることを特徴とする低沸点燃料用ディーデ
ル機関に関するものである。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明の一実施態様を図面に基づ
いて説明する。

【００２４】図１は本発明の試験で使用したディーゼル
機関の要部構成図であり、このディーゼル機関は、燃料
タンク１、燃料噴射ポンプ２およびディーゼル機関本体
９からなっている。

【００２５】燃料タンク１には、加圧ＤＭＥ供給管５
と、噴射ポンプにこの加圧ＤＭＥを供給する接続管１０
が接続されている。

【００２６】燃料噴射ポンプ２は、プランジャバレル７
に挿入されたプランジャ６がカム機構によって上下動し
それにバルブ２０等が連動して開閉することによって燃
料をディーゼル機関の燃焼室１９に供給し、噴射ノズル
３から噴射させる。プランジャ６の下はプランジャ下部
室１２になっており、このプランジャ６を押し上げるタ
ペット部を介してその下がカム室１５になっている。プ
ランジャ下部室１２の側壁にはカバープレートが装着さ
れており、このカバープレートとカム１５の側壁を穿孔
してＵ字形の連通管１３をそこに螺着し、両者間を連通
させている。

【００２７】この燃料噴射ポンプ２を模式的に示したの
が図１，２であり、これらの図に示されているように、
シリンダの数に対応する数の燃料噴射ポンプ２が直列に
配置されている。

【００２８】ディーゼル機関本体９は内部に燃料室１９
を有するシリンダと該シリンダ内を上下動するピストン
とこのピストンの上下動を回転運動に変えるクランクを
収容するクランク室１７よりなり、シリンダの天面には
燃料の噴射ノズル３、吸気管１８及び排気管が取着され
ている。燃料の噴射ノズル３には燃料噴射ポンプ２の吐
出口からの燃料配管４が接続されている。吸気管１８に
はクランク室１７からのブローバイガス導管が接続され
ている。

【００２９】このディーゼル機関においては、プランジ
ャ下部室１２とカム室１５が連通管１３で連通している
ため、プランジャ６とプランジャバレル７の隙間からリ
ークして気化したＤＭＥ燃料ガスはこの連通管１３を通
ってカム室１５に入り、噴射ポンプのタペット部を通し
てのカム室１５への流れ込みは少なくなる。カム室１５
に入ったＤＭＥはカムシャフト、エンジンクランク室１
７、ブローバイガス導管１１を経由して吸気管１８から
燃焼室１９に送入されて燃料として使用される。その結
果、ＤＭＥガス流によるタペット部を経由しての潤滑油
供給阻害が解消する。さらに、噴射ポンプカム室１５に
流れ込んだガスにより、カム室１５内の潤滑油レベルは
押し上げられるとともに、プランジャ下部室１２内の雰
囲気圧力上昇もおさえられ、プランジャ下部の潤滑も十
分に行われるようになる。

【００３０】上記実施態様においては連通管１３を噴射
ポンプの外部に設けているが、噴射ポンプ内のプランジ
ャ下部室１２とカム室１５の間の仕切壁を穿孔して直接
連通させてもよい。

【００３１】本発明は、上記のような低沸点燃料用ディ
ーゼル機関において、燃料タンク１と燃料噴射ポンプ２
を接続する接続管１０の途中に、エンジンの始動、停止
と連動する３方電磁弁１４を設けたところに特徴があ
る。すなわち、この３方電磁弁１４を利用してエンジン
運転中は燃料タンク１と燃料噴射ポンプ２の間を連通さ
せ、エンジン停止時には燃料タンク１を閉じて燃料噴射
ポンプ２と３方電磁弁１４の間を系外に連通させるので
ある。

【００３２】燃料の加圧には窒素ガスボンベを用いてお
り、窒素ガスボンベ出口に装着された１５ｋｇｆ／ｃｍ
²〜３０ｋｇｆ／ｃｍ²の範囲で一定に圧力調整可能な圧
力調整器を通して２次圧力をＤＭＥ燃料タンクの燃料液
面にＤＭＥ燃料の蒸気圧を越える窒素ガス圧を作用さ
せ、燃料噴射ポンプに液体燃料としてＤＭＥ燃料を圧送
している。

【００３３】この例では、３方電磁弁１４の一方は大気
開放となっている。エンジン停止状態では、この電磁弁
は大気開放となっている。また、イグニッションキーの
停止位置から運転位置でも、この電磁弁１４は大気開放
のままで、始動位置（セルモータ起動）から運転位置
で、燃料タンク１から噴射ポンプ２に燃料を供給する。

【００３４】エンジン停止とともに、燃料タンク１と燃
料噴射ポンプ２の間にある３方電磁弁１４により、燃料
タンク１から、噴射ポンプ２への燃料圧送をとめ、燃料
タンク１内のＤＭＥ燃料を密閉するとともに、燃料噴射
ポンプ２及び噴射ノズル３内のＤＭＥを３方電磁弁１４
より大気にガス放出させる。このとき、大気放出される
ＤＭＥ燃料は、噴射ポンプ２内のＤＭＥ燃料、噴射ノズ
ル３への高圧配管内燃料、噴射ノズル３内燃料で約１０
〜２０ｃｃ程度である。尚、３方電磁弁１４は、２個の
２方弁で代替しうることはいうまでもない。

【００３５】ＤＭＥガスは、毒性もなく、大気放出して
も安全である。また、２０ｃｃ程度の燃料放出であれ
ば、経済的にも大きな問題とはならない。

【００３６】このエンジン停止時の噴射ポンプ内等のＤ
ＭＥ燃料大気放出により、クランク室側やシリンダ内へ
のＤＭＥガス充満による異常燃焼をさけることが可能で
ある。

【００３７】さらに、図３に示すブローバイガス導管１
１にも３方電磁弁２２を設け、この３方電磁弁２２の一
方の開口を大気解放管２３として、エンジンの運転中は
ブローバイガス導管１１をクランク室１７と吸気管１８
の間を連通させ、停止時にはクランク室１７と大気解放
管２３の間を連通させることにより、異常燃焼をおこさ
ないようにすることができる。この電磁弁２２はイグニ
ッションキーと連動させるようにしている。しかしなが
ら、電磁弁２２はエンジンの始動、停止を検知しうるい
かなる部位から信号を得てその始動、停止に応じて作動
するようにしてもよい。例えば、潤滑油ポンプの油圧計
測（プレッシャースイッチ）やエンジンクランク軸の回
転パルス信号等でエンジン運転・停止を検知できるよう
にする。また、電磁弁は三方弁でなく、２つの二方弁を
一つは大気解放管２３にもう一つはブローバイガス導管
１１の大気解放管２３接続部と吸気管１８接続部の間に
設けてもよい。この大気解放管２３は、燃料タンク１と
燃料噴射ポンプ２の接続管のものもそうであるが、大気
に解放するかわりに、エンジンに吸入させない他の部
位、例えば排気管側に接続してもよい。さらに、大気解
放管をクランク室１７に直結させ、この大気解放管に二
方弁を取着けてこれをエンジンの始動、停止に応じて開
閉するようにすることもできる。エンジン停止後もピス
トンは慣性運動を続けるので、大気解放後はその上下運
動によって大気の吸入排出を繰返してクランク室１７内
のＤＭＥを排出する。

【００３８】また、エンジン停止時に、ＤＭＥガスを大
気開放せず、３方電磁弁１４の一方を図４に示す捕集回
収装置２４に接続することにより、ＤＭＥを気体もしく
は液体として捕集することも可能となる。

【００３９】この装置は、ＤＭＥ捕集タンク３０と吸気
管１８へ捕集した燃料を吸気させる流量制御弁２５とか
ら構成されている。

【００４０】エンジン停止とともに、１５〜３０気圧の
燃料噴射ポンプ２内のＤＭＥ液体燃料を捕集装置内に噴
射管３２を通して噴射し噴射ポンプ内の燃料を放出す
る。捕集装置内の圧力は、ＤＭＥの常温時の飽和圧力以
上になることはなく、６気圧程度になっており、噴射ポ
ンプ内の燃料供給圧でタンク３０に十分に燃料を噴射放
出できる。捕集タンク内のＤＭＥ燃料は、タンク内雰囲
気温度に左右されるものの、雰囲気圧の飽和蒸気圧下で
液体となっているか、もしくは、気体として蓄積されて
いる。捕集したＤＭＥ燃料は、エンジン再始動時に吸気
管１８に接続された流量制御弁２５を介して、所定の流
量で吸気管に捕集タンク内のＤＭＥ燃料を吸入または噴
射させることによって、燃焼に寄与させる。従って、こ
の捕集したＤＭＥガスをオリフィス、もしくは流量制御
弁２５等を通して、吸気管に吸気させるようにして、予
混合燃料として出力に寄与させることが可能である。

【００４１】

【発明の効果】本発明により、ディーゼル機関の主燃料
として、ＤＭＥ等の低沸点燃料を用いたときに生じる燃
料噴射ポンプのプランジャとプランジャバレルの隙間か
らの燃料リークがあっても、エンジン始動時のディーゼ
ルノック等の異常燃料を防ぐとともに、リークガスを有
効利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例であるディーゼル機関の要
部構成図である。

【図２】 その噴射ポンプの構造を説明する拡大図であ
る。

【図３】 本発明の別の実施例であるディーゼル機関の
要部構成図である。

【図４】 本発明のさらに別の実施例であるディーゼル
機関の要部構成図である。

【図５】 そのＤＭＥ捕集回収装置の構成を示す図であ
る。

【符号の説明】

１…燃料タンク ２…燃料噴射ポンプ ３…噴射ノズル ４…燃料配管 ５…加圧ＤＭＥ供給管 ６…プランジャ ７…プランジャバレル ８…溶射Ｎｉ合金 ９…ディーゼル機関本体 １０…接続管 １１…ブローバイガス導管 １２…プランジャ下部室 １３…連通管 １４…３方電磁弁 １５…カム室 １６…カム １７…クランク室 １８…吸気管 １９…燃焼室 ２０…バルブ ２１…カバープレート ２２…３方電磁弁 ２３…大気解放管 ２４…ＤＭＥ捕集回収装置 ２５…流量制御弁 ３０…ＤＭＥ捕集タンク ３２…捕集装置内噴射管 ３３…系外放出ＤＭＥガス（噴霧） ３４…捕集装置内ＤＭＥ燃料

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 19/06 Ｆ０２Ｄ 19/06 Ｚ 19/08 19/08 Ａ Ｆターム(参考） 3G092 AA02 AB01 DE06S DE14S DF03 DF09 EA11 EA28 EA29 FA15 FA16 GA01 GA10 HE01Z HF19Z HF20Z

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液化低沸点燃料タンクと燃料噴射ポンプ
   の間にエンジンの始動、停止と連動する３方電磁弁を設
   け、エンジンを運転中は該燃料タンクと燃料噴射ポンプ
   の間を連通させ、エンジン停止中は燃料タンクを閉じ燃
   料噴射ポンプと３方電磁弁の間を系外に連通させること
   を特徴とする低沸点燃料用ディーデル機関