JP2002030937A - Engine and system - Google Patents

Engine and system

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JP2002030937A
JP2002030937A JP2001131928A JP2001131928A JP2002030937A JP 2002030937 A JP2002030937 A JP 2002030937A JP 2001131928 A JP2001131928 A JP 2001131928A JP 2001131928 A JP2001131928 A JP 2001131928A JP 2002030937 A JP2002030937 A JP 2002030937A
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Japan
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fuel
engine
cylinder
combustion
water
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Application number
JP2001131928A
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Japanese (ja)
Inventor
Takao Kawamura
隆夫 河村
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GUREITOCHIREN KK
Original Assignee
GUREITOCHIREN KK
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    • Y02T10/40Engine management systems

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To effect similar result as the newest engines which perform pilot fuel injection to even old type diesel engines or used engines and to provide technology for enhancing thermal efficiency and exhaust gas control for newest common rail type diesel engines. SOLUTION: An auxiliary fuel atomizing and mixing part is disposed in an intake flow passage 2 and a uniform lean spray or a partial area spray or a stratified spray is created using fuel of high cetane values and introduced into cylinders. An injection nozzle 12 is modified into a jet collision type nozzle and a high swirl generating mechanism is newly provided on an intake port. A common rail is provided with a fuel heating means and a system for pressurizing and supplying a combustion promoting material, and the combustion promoting material is injected to efficiently burn emulsion fuel of high water contents and the like. Further, the interior wall of each cylinder, the upper surface of each piston and an exhaust flow passage have their respective surfaces formed into false black bodies by flame spraying of titanium dioxide, and a condensing turbine, a condenser, and a reverse osmosis film filtering device or the like are arranged behind an exhaust pipe to reduce exhaust emissions.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、主には軽油、灯
油、重油、メタノール、DME、LPG、LNG、及び
各種エマルジョン燃料等の炭化水素系燃料を用いたディ
ーゼルエンジン又はガソリンエンジンの燃焼効率改善及
び排気ガス浄化向上の為のエンジン改良技術等、性能向
上技術の提供に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention mainly relates to improvement of combustion efficiency of a diesel engine or a gasoline engine using a hydrocarbon fuel such as light oil, kerosene, heavy oil, methanol, DME, LPG, LNG and various emulsion fuels. Also, the present invention relates to the provision of performance improvement technology such as engine improvement technology for improving exhaust gas purification.

【0002】[0002]

【従来の技術】ディーゼルエンジンの燃焼効率の向上又
は排気ガスの浄化技術に関しては、従来から幾らかの開
発と進歩がなされてきた。吸気口から燃料を供給するも
のとしては、プロパンガス等を吸入空気と一緒にシリン
ダーに吸入して、本来の燃料噴射にて着火燃焼させ、浮
遊微粒子状物質を減少させるもの、最近のコモンレール
方式又はユニットポンプインジェクタ方式においては、
主燃料噴射の前に少量の燃料をパイロット噴射させて燃
焼させる事により、主燃料噴射における初期筒内ガス温
度を高めて、燃費の改善と浮遊微粒子状物質の発生を減
少させている。また、浮遊粒子状物質のみを減少させる
ものとしてDPFと呼ばれるフィルター濾過装置が提供
されている。また、この他に燃料に水を混ぜたエマルジ
ョン燃料、シリンダーに水噴射ノズルを備えたエンジン
等、各種提案がなされてきた。
2. Description of the Related Art Some developments and advances have been made on techniques for improving the combustion efficiency of diesel engines or purifying exhaust gases. As for the fuel supplied from the intake port, propane gas or the like is sucked into the cylinder together with the intake air and ignited and burned by the original fuel injection to reduce suspended particulate matter, a recent common rail system or In the unit pump injector system,
By injecting a small amount of fuel by pilot injection and burning before the main fuel injection, the initial in-cylinder gas temperature in the main fuel injection is increased, thereby improving fuel efficiency and reducing the generation of suspended particulate matter. Further, a filter filtration device called DPF has been provided to reduce only suspended particulate matter. In addition, various proposals have been made such as an emulsion fuel obtained by mixing water with a fuel, an engine having a water injection nozzle in a cylinder, and the like.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、プロパ
ンガス等を用いたガス燃料併用方式等では主燃料以外
に、別に高圧ガスタンクを併設しなければならず、通常
のガソリンスタンドでは、燃料の補給ができず、設備上
の負担と燃料の供給拠点が少ない等の問題があり、又最
新のコモンレール方式又はユニットインジェクタ方式を
用いたディーゼルエンジンでのパイロット燃料噴射方式
は新型車以降にしか適応ができておらず、現在市場に出
回っている、新形式を採用していない数多くの旧型車の
エンジンには適用されていない。またDPFフィルター
装置使用時においてもサブミクロン以下の浮遊粒子状物
質が排出されており、さらに、エマルジョン燃料の利用
又はシリンダー内水噴射エンジンは、燃料の初期着火性
の低下と想定したほどの効果が現れず、今後の時代が求
める、さらに優れた燃費の向上と排気ガスの清浄化に
は、次なる技術開発が求められていた。
However, in a gas-fuel system using propane gas or the like, a high-pressure gas tank must be separately provided in addition to the main fuel, and a normal gas station can supply fuel. However, there are problems such as the burden on facilities and the number of fuel supply bases are small.In addition, the pilot fuel injection method for diesel engines using the latest common rail system or unit injector system can be applied only to new models or later. It does not apply to the engines of many older cars currently on the market that do not adopt the new model. In addition, suspended particulate matter of sub-micron size or less is discharged even when the DPF filter device is used. Furthermore, the use of emulsion fuel or the water injection engine in a cylinder has the effect of assuming that the initial ignitability of fuel decreases. The next technological development was required to improve fuel efficiency and purify exhaust gas, which does not appear in the future era.

【0004】本発明は、現在の市場が求めている熱効率
の向上と排気ガスの浄化と言う二つのニーズを満足させ
るべく、既存技術の改良点を見出し、現在市場に出回っ
ている旧型式のディーゼルエンジンにも比較的容易な改
造作業を施すことにより、最新型のパイロット噴射等を
行うのとほぼ同等の効果を与え、最新型のコモンレール
方式のディーゼルエンジンにおいては、高含水燃料や圧
縮液化ガス等を用いて、さらにその性能(熱効率と排気
ガス浄化)を高める技術を、中程度の燃料噴射圧でも微
細な燃料噴霧が得られる新型燃料噴射ノズルを、また内
燃機関全体にシリンダー内面又は排気流路内面から発生
する熱放射エネルギーの吸収放射特性を高めて、積極的
に燃焼と排気ガス浄化に活用する技術を、そして新しい
排気ガス浄化技術とディーゼルスチームエンジンとも呼
ぶべき新型エンジンの基本システムを提供することを目
的としている。
[0004] The present invention finds improvements in existing technologies to satisfy the two needs of the current market, that is, improvement of thermal efficiency and purification of exhaust gas. By performing relatively easy modification work on the engine, it has almost the same effect as performing the latest pilot injection, etc.In the latest common rail type diesel engine, high water content fuel, compressed liquefied gas, etc. Technology to further enhance its performance (thermal efficiency and exhaust gas purification), a new fuel injection nozzle that can obtain fine fuel spray even at moderate fuel injection pressure, and a cylinder inner surface or exhaust flow path throughout the internal combustion engine. Technology that enhances the absorption and radiation characteristics of thermal radiation energy generated from the inner surface and actively utilizes it for combustion and exhaust gas purification, and new exhaust gas purification technology It is an object of the present invention to provide a basic system of the new engine should also referred to as a diesel steam engine.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本願では第一に旧型のディーゼルエンジン、中古の
ディーゼルエンジンにも適用可能な予混合圧縮燃焼併用
方式(パイロット燃料噴霧燃焼方式)を導入すべく、エ
ンジンのシリンダー内に主燃料を直接噴射燃焼させる主
燃料系統と、エアフィルターから吸気弁に至る吸気流路
上に補助燃料噴霧混合部を備える補助燃料系統の、2つ
の燃料供給系統を設置、補助燃料系統用の燃料として主
燃料と同一種類の燃料又は軽油、灯油、DME等の高セ
タン価の燃料を用い、補助燃料温度を加熱制御して、吸
入空気流量又はエンジン回転数の信号と連動して、混合
気の濃度と噴霧の微細粒度を予混合圧縮着火に最適な設
定値に保持する混合気濃度制御システムを備え、上記、
補助燃料噴霧混合部を用いて吸気流路上に均一な希薄混
合気(噴霧)を生成して各シリンダー内に供給し、ピス
トンの圧縮工程にて燃焼させるパイロット燃焼と、主燃
料噴射による拡散燃焼を併用するシステムを提案した。
In order to achieve the above object, the present invention firstly adopts a premixed compression combustion combined system (pilot fuel spray combustion system) applicable to an old diesel engine and a used diesel engine. Two fuel supply systems were introduced: a main fuel system that directly injects and burns the main fuel into the cylinder of the engine, and an auxiliary fuel system that has an auxiliary fuel spray mixing unit on the intake passage from the air filter to the intake valve. The same fuel as the main fuel or a high cetane number fuel such as light oil, kerosene or DME is used as the fuel for the installation and auxiliary fuel system. The auxiliary fuel temperature is controlled by heating, and the signal of the intake air flow rate or engine speed is used. In conjunction with, a mixture concentration control system that maintains the concentration of the mixture and the fine particle size of the spray at an optimal set value for premix compression ignition is provided,
Pilot combustion in which a uniform lean mixture (spray) is generated on the intake passage using the auxiliary fuel spray mixing section and supplied into each cylinder, and burns in the piston compression process, and diffusion combustion by main fuel injection A combined system was proposed.

【0006】第2に上記の補助燃料噴霧混合部での燃料
噴霧を吸気に対して均一に拡散させない、部分領域混合
気(部分領域噴霧)又は層状混合気(層状噴霧)を生成
して各シリンダー内に供給してパイロット燃焼させる方
式を提案した。
[0006] Second, a partial region mixture (partial region spray) or a stratified mixture (stratified spray) which does not uniformly diffuse the fuel spray in the auxiliary fuel spray mixing section with respect to the intake air is generated by each cylinder. A method was proposed in which the fuel was supplied to the inside and the pilot combustion was performed.

【0007】第3に最新型のエンジンの改良として、主
燃料にエマルジョン燃料等の高含水率燃料、又はメタノ
ール等のセタン価の低い難着火性の燃料を用いて効果的
な高燃焼効率のエンジン、排気ガスのより清浄なローエ
ミッションエンジンを提供するために、ユニットポンプ
インジェクタ方式においては、1シリンダーに2個のユ
ニットポンプインジェクタと2系統の燃料噴射用のカム
シャフトを、又は蓄圧式燃料噴射装置において2本2系
統の燃料用コモンレール方式を用いた。即ち、ディーゼ
ルエンジンの各シリンダーに主燃料噴射ノズルと補助燃
料噴射ノズルの2つの燃料噴射ノズルを備え、同時に各
々、主燃料噴射系統と補助燃料噴射系統の2つの燃料系
統を備え、2種類の燃料を用い、エンジンの起動時又は
通常運転時のパイロット燃料噴射には高セタン価又は低
含水率のエマルジョン燃料を用いて、補助燃料噴射ノズ
ル及び補助燃料噴射系統が働き、主燃料噴射ノズル及び
主燃料噴射系統にて高含水率のエマルジョン燃料又は難
着火性燃料を噴射燃焼させて運転することを提案した。
Third, as an improvement of the latest engine, an engine having an effective high combustion efficiency by using a high water content fuel such as an emulsion fuel or a low ignitable fuel having a low cetane number such as methanol as a main fuel. In order to provide a cleaner low-emission engine of exhaust gas, in a unit pump injector system, one cylinder has two unit pump injectors and two systems of fuel injection camshafts or a pressure-accumulation type fuel injection device. Used two fuel rail common rail systems. That is, each cylinder of a diesel engine is provided with two fuel injection nozzles, a main fuel injection nozzle and an auxiliary fuel injection nozzle, and at the same time, each is provided with two fuel systems, a main fuel injection system and an auxiliary fuel injection system. The auxiliary fuel injection nozzle and auxiliary fuel injection system work by using a high cetane number or low moisture content emulsion fuel for pilot fuel injection at the time of engine startup or normal operation, and the main fuel injection nozzle and the main fuel It was proposed to operate by injecting and burning high moisture content emulsion fuel or non-ignitable fuel in the injection system.

【0008】第4に最新型の蓄圧式燃料噴射系統を備え
たディーゼルエンジン又はガソリンエンジンにおいて、
必要に応じてコモンレール内に燃料の加熱手段(セラミ
ックヒータ等)を配置し、さらに主燃料以外の各種燃焼
促進材(助燃材)を液体状態で又は超臨界状態にして、
コモンレール内に加圧供給(高圧注入)するエンジン及
びシステムを提案した。
Fourth, in a diesel or gasoline engine equipped with a state-of-the-art accumulator type fuel injection system,
If necessary, a fuel heating means (ceramic heater, etc.) is placed in the common rail, and various combustion promoting materials (combustion materials) other than the main fuel are made into a liquid state or a supercritical state.
We proposed an engine and a system to supply pressure (high pressure injection) into the common rail.

【0009】第5に第4の提案をディーゼルエンジン専
用に進化させて、さらにエマルジョン燃料又は含水燃料
の含水率を容易に瞬間的、連続的に変化生成が可能なシ
ステムとして、蓄圧式燃料噴射装置のコモンレールから
各シリンダーに2本の燃料供給用分岐管が延び、各々主
燃料噴射ノズルと補助燃料噴射ノズルに繋げて、主燃料
噴射ノズルに繋がるコモンレールの分岐管流路内部に、
高圧注入装置からの設定量の水又は熱水等を燃焼促進材
(助燃材)として注入合流する為の注入口又は注入用細
管を該分岐管内に接続したコモンレール方式を提案し
た。
Fifthly, a pressure accumulating type fuel injection system is developed by evolving the fourth proposal exclusively for diesel engines, and as a system capable of easily and instantaneously and continuously changing and generating the water content of an emulsion fuel or a water-containing fuel. Two fuel supply branch pipes extend from the common rail to each cylinder, and are connected to the main fuel injection nozzle and the auxiliary fuel injection nozzle, respectively, and inside the branch pipe flow path of the common rail connected to the main fuel injection nozzle,
A common rail system was proposed in which an inlet or a narrow pipe for injecting and joining a set amount of water or hot water from a high-pressure injector as a combustion promoting material (combustion aid) was connected in the branch pipe.

【0010】第6にエンジンの吸気圧縮工程のシリンダ
ー内にスワールを生成する手段として、吸気流路上にて
吸気流路と垂直な断面の過流を、吸気流路上に構造物を
設置又は動力手段を用いた吸引送風機によって吸気流路
上の吸気の一部を吸引、流路の円周方向に過流を生じる
ように排気して、吸入流路にスワールを発生させ、該ス
ワールをシリンダー内に吸入導入させることにより、シ
リンダー内に単純スワール或いは複雑な多重スワールを
生成させるエンジン及びシステムを提案した。
Sixth, as a means for generating swirl in a cylinder in an intake air compression process of an engine, an overflow having a cross section perpendicular to the intake flow path on the intake flow path, a structure installed on the intake flow path, or a power means is provided. A part of the intake air on the intake flow path is sucked by a suction blower using the air, exhausted so as to generate an overflow in the circumferential direction of the flow path, a swirl is generated in the suction flow path, and the swirl is sucked into the cylinder. We have proposed an engine and system to create simple swirls or complex multiple swirls in a cylinder by introducing them.

【0011】第7にディーゼルエンジンの燃料噴霧の微
細化を計るために、直噴型ディーゼルエンジンに多用さ
れているホール型ノズル噴孔の配置及び形状を変えて、
多孔型噴射ノズルの燃料噴射方向を噴射直後の噴霧が互
いに衝突して更に燃料が微細化される、噴流衝突型ノズ
ル噴孔を備えたディーゼルエンジンを提案した。
Seventh, in order to reduce the fuel spray of the diesel engine, the arrangement and shape of the hole-type nozzle injection holes frequently used in the direct injection type diesel engine are changed.
We have proposed a diesel engine equipped with a jet impingement nozzle, in which sprays immediately after injection in the direction of fuel injection of a multi-hole injection nozzle collide with each other to further refine the fuel.

【0012】第8に主燃料として高含水率の各種エマル
ジョン燃料、含水燃料を用いたディーゼルエンジンの水
補給の効率化と排気後方における排気ガスの浄化処理手
段として、排気弁後方の排気流路(排気管)に、腹水タ
ービン又は排気ガス中の水蒸気を冷却凝縮させる腹水器
を設置して排気ガス中の水分の一部を凝縮回収させ、又
は必要に応じて、さらに排気ガス中の気体成分と水滴と
を、気水分離器を設置して分離回収させ、又は更に後段
に冷却凝縮分離された水(腹水)に含まれる大気汚染物
質(微小粒子状物質等)を除去する多孔膜フィルターを
設置して該大気汚染物質を除去し、又はさらに冷やされ
た腹水を逆浸透膜濾過装置を併設して該腹水に含まれる
大気汚染物質をさらに除去して、浄化された該腹水を再
度、含水燃料用の水として利用することを特徴とする、
ディーゼルエンジンの排気ガス浄化と腹水再利用のシス
テムを提案した。
Eighth, an exhaust flow path behind an exhaust valve is used as a means for improving the water supply efficiency of a diesel engine using various emulsion fuels having a high water content and a water-containing fuel as the main fuel and purifying exhaust gas behind the exhaust gas. In the exhaust pipe), an ascites turbine or an ascites device that cools and condenses water vapor in the exhaust gas is installed to condense and recover a part of the moisture in the exhaust gas. A water-water separator is installed to separate and collect water droplets, or a porous membrane filter is installed at the subsequent stage to remove air pollutants (fine particulate matter, etc.) contained in water (ascites) that has been cooled and separated. To remove the air pollutants, or to further remove the air pollutants contained in the ascites by installing a reverse osmosis membrane filtration device for the ascites further cooled, and repurifying the ascites again with the hydrous fuel. For Characterized by use as,
A system for exhaust gas purification and ascites recycling of diesel engines was proposed.

【0013】第9に第8の含水燃料用の腹水再利用のシ
ステムを更に拡張して、車両等に用いられるエアコン等
の空調機器から生じる凝縮水を捕集して含水燃料用の水
に利用するシステムを提案した
Ninth, the eighth system for recycling ascites for hydrous fuel is further expanded to collect condensed water generated from an air conditioner such as an air conditioner used in a vehicle or the like and use it as water for hydrous fuel. Proposed a system to do

【0014】第10に現在内燃機関においては、エンジ
ンのシリンダー内面或いは排気ガスの流路内面における
高温時の熱放射に関しては、ほとんど考慮されていなか
ったが、固体表面からの熱放射特性は、表面の材質又は
状態によって異なるものの、通常のエンジンの場合にお
いては概ね、熱放射領域(遠赤外線領域)において、そ
の放射吸収率は多くとも0.7以下と見受けられる。ま
た、物体表面からの放射エネルギーの強度は、その物体
表面の絶対温度の4乗と物体表面の放射吸収率に比例し
て増大すると言われている。そこで本願では、燃焼性向
上のために、エンジンの燃焼ガスに接するシリンダー内
面の少なくとも非摺動面又は、排気弁後方の排気流路の
表面を、遠赤外線波長領域において、その表面の放射吸
収率が少なくとも0.7を超える、黒体に近い熱放射吸特
性を有する材質又は溶射加工等によって構成させること
を提案した。
Tenthly, in the internal combustion engine at present, heat radiation at high temperatures on the inner surface of the cylinder of the engine or the inner surface of the flow path of the exhaust gas is hardly taken into consideration. Although it depends on the material or state of the radiator, the radiant absorptivity of the normal engine is generally at most 0.7 or less in the heat radiation region (far infrared region). It is also said that the intensity of the radiant energy from the surface of the object increases in proportion to the fourth power of the absolute temperature of the surface of the object and the radiant absorptivity of the surface of the object. Therefore, in the present application, in order to improve the combustibility, at least the non-sliding surface of the inner surface of the cylinder in contact with the combustion gas of the engine, or the surface of the exhaust flow path behind the exhaust valve in the far infrared wavelength region, the radiation absorption rate of the surface. It is proposed that the material has a heat radiation absorbing property close to that of a black body, which exceeds at least 0.7, or is formed by thermal spraying or the like.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例を図面を参
照しながら説明する。図1の補助燃料噴霧混合部を備え
るディーゼルエンジンの概念図において、エアフィルタ
ー1より始まる吸気流路2に吸入空気流量(流速)セン
サー3が配置され、さらに下流側に補助燃料噴霧ノズル
4が配置されている。さらに下流には噴霧された燃料を
吸入空気中に均等に拡散させる均一撹拌混合部2aが配
置、燃料タンク6より主燃料噴射ノズル12に用いる同
種の燃料を用いて、補助燃料噴射制御装置5によりセン
サー3の指示又はエンジンに本来装備されている制御装
置13のエンジン回転信号により、エンジンの運転回転
数又は負荷条件に応じて補助燃料噴霧量を増減させ、吸
入空気に対してパイロット噴霧燃焼に最適な濃度の均一
な希薄混合噴霧(混合気)を各シリンダー9に供給す
る。3の吸入空気流量(流速)センサーは制御装置13
からの回転信号を確実に用いることが可能な場合には省
略してもよい。また均一撹拌混合部2aも補助燃料噴霧
ノズル単独にて混合気の均一噴霧が可能な場合には省略
してもよい。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the conceptual diagram of the diesel engine provided with the auxiliary fuel spray mixing section in FIG. 1, an intake air flow rate (flow velocity) sensor 3 is arranged in an intake passage 2 starting from an air filter 1, and an auxiliary fuel spray nozzle 4 is further arranged downstream. Have been. Further downstream, a uniform stirring and mixing section 2a for uniformly dispersing the sprayed fuel into the intake air is disposed, and the same type of fuel used for the main fuel injection nozzle 12 from the fuel tank 6 is used by the auxiliary fuel injection control device 5 Based on the instruction of the sensor 3 or the engine rotation signal of the control device 13 originally provided in the engine, the auxiliary fuel spray amount is increased or decreased in accordance with the operating speed of the engine or the load condition, and the intake air is optimal for pilot spray combustion. A homogeneous mixed spray (air-fuel mixture) having a uniform concentration is supplied to each cylinder 9. The intake air flow rate (flow rate) sensor 3 is controlled by the controller 13.
If it is possible to reliably use the rotation signal from, it may be omitted. Further, the uniform stirring / mixing section 2a may be omitted when the auxiliary fuel spray nozzle alone can uniformly spray the air-fuel mixture.

【0016】本願のレイアウトは新設のディーゼルエン
ジンだけでなく、既に市場に出回っている現在使用中の
エンジンを改造して設置することも容易である。吸気流
路中の補助燃料噴霧ノズル4の取付け位置は、簡易的に
は吸気流路が各シリンダー別に分流する前の上流側に設
置されるが、望ましくは各吸気弁の直前に、気筒内直接
噴射以外のガソリンエンジンの電子燃料噴射システムと
同様に各気筒毎又は各吸気弁毎に配置されることが望ま
しい。燃料噴霧の微細液滴径の大きさ調整は、5の補助
燃料噴射制御装置の燃料温度制御機能により、燃料温度
を加熱制御することにより、補助燃料の粘性を変化さ
せ、ノズルの性能と相まって調整する。シリンダーに吸
入された混合気(混合噴霧)は油滴の粒径に応じて、微
細な油滴表面の可燃混合気から着火して短時間の拡散燃
焼が行われる。この燃焼時間は燃料噴霧の微細液滴径の
調節によっても調整可能である。補助燃料噴霧部の設置
場所及び補助燃料の供給温度の設定は、各エンジンと使
用環境ごとに、予め最適値をテストしてから、本図には
示されていないが、吸気温・気圧・湿度を計測する、各
センサーを取付けて燃料噴霧濃度及び燃料噴霧温度をプ
ログラム制御する。主燃料噴射ノズル12からの燃料噴
射は所謂拡散燃焼を担当するが、単独の噴射量としては
通常の噴射量よりやや少なく設定する。現在実験中のデ
ィーゼルエンジンの予混合圧縮燃焼方式単独ではNOx
の排出量は極端に減少するが未燃焼物質(微小粒子状物
質)の発生は減少しない。本願では、パイロット噴霧燃
焼として予混合圧縮燃焼を併用しており、主燃料噴射着
火時のシリンダー内初期ガス温度を高温化して、主燃料
噴射ノズル12からの主燃料噴射による拡散燃焼時の燃
焼時間を短縮させて、シリンダー内の未燃焼物質発生を
減少させる作用を与えている。
In the layout of the present invention, not only a newly installed diesel engine but also an engine currently in use on the market and which is currently used can be easily modified and installed. The mounting position of the auxiliary fuel spray nozzle 4 in the intake flow path is simply installed upstream before the intake flow path is divided for each cylinder, but desirably, directly before each intake valve, directly in the cylinder. It is desirable to be arranged for each cylinder or each intake valve similarly to the electronic fuel injection system of the gasoline engine other than the injection. The size of the fine droplet diameter of the fuel spray is adjusted by controlling the heating of the fuel temperature by the fuel temperature control function of the auxiliary fuel injection control device 5 to change the viscosity of the auxiliary fuel and the performance of the nozzle. I do. The air-fuel mixture (mixed spray) sucked into the cylinder is ignited from the combustible air-fuel mixture on the surface of the fine oil droplets according to the particle size of the oil droplets, and diffusion combustion is performed for a short time. This combustion time can also be adjusted by adjusting the fine droplet diameter of the fuel spray. The setting of the location of the auxiliary fuel spraying unit and the setting of the auxiliary fuel supply temperature are not shown in this figure after testing the optimum values in advance for each engine and operating environment. The fuel spray concentration and the fuel spray temperature are program-controlled by installing each sensor. The fuel injection from the main fuel injection nozzle 12 is responsible for so-called diffusion combustion, but is set as a single injection amount slightly smaller than a normal injection amount. NOx in the premixed compression combustion system of the diesel engine currently being tested alone
The emission of methane is extremely reduced, but the generation of unburned substances (fine particulate matter) is not reduced. In the present application, premixed compression combustion is also used as pilot spray combustion, and the initial gas temperature in the cylinder at the time of ignition of main fuel injection is raised to increase the combustion time during diffusion combustion by main fuel injection from the main fuel injection nozzle 12. To reduce the generation of unburned substances in the cylinder.

【0017】使用する燃料としては、軽油、灯油が一般
的であるが、仮に主燃料として、C重油等の粘性の高い
もの、不純物の多い燃料を用いる場合には、補助燃料噴
霧用としては、上記の軽油・灯油等のセタン価が高く成
分が安定したものを用いる。また補助燃料及び主燃料の
双方に、エマルジョン燃料を用いることも可能である
が、補助燃料用としては、予混合圧縮着火が行える範囲
以内の含水率のエマルジョン燃料とし、また主燃料噴射
の噴射タイミングを適切に調整する。さらに補助燃料噴
霧用及び主燃料噴射用の燃料の温度に関しては、エンジ
ン熱又は電熱により、適度に加温することが望ましい。
図2は4気筒ディーゼルエンジンを例に、均一撹拌燃料
噴霧の供給イメージ図である。
As the fuel to be used, light oil and kerosene are generally used. However, if a highly viscous fuel such as heavy fuel oil C or a fuel with a large amount of impurities is used as the main fuel, an auxiliary fuel spray is used. Use the light oil, kerosene, etc., which have a high cetane number and stable components. It is also possible to use an emulsion fuel for both the auxiliary fuel and the main fuel.However, for the auxiliary fuel, use an emulsion fuel having a water content within a range in which premixed compression ignition can be performed, and an injection timing of the main fuel injection. Adjust appropriately. Further, it is desirable that the temperature of the fuel for the auxiliary fuel spray and the temperature of the fuel for the main fuel injection be appropriately heated by engine heat or electric heat.
FIG. 2 is a supply image diagram of a uniform stirring fuel spray, taking a four-cylinder diesel engine as an example.

【0018】図3及び図4はパイロット燃料噴霧用の補
助燃料噴霧部付ディーゼルエンジンの概念図である。図
4は各気筒ごとに補助燃料噴霧ノズルを備えるマルチ補
助燃料噴霧部方式のものである。先に説明との相違は、
第一に、補助燃料噴霧ノズルから生成させる混合気を吸
気流路に均一に拡散させない点である。図5は4気筒デ
ィーゼルエンジンを例にシングルパイロット燃料噴霧装
置による部分領域混合気(部分領域噴霧)の供給イメー
ジである。図6は同じくシングルパイロット燃料噴霧装
置による層状混合気(層状噴霧)の供給イメージであ
る。図7はマルチパイロット燃料噴霧装置による部分領
域混合気(部分領域噴霧)のシリンダー内供給イメージ
である。図8は同じく、マルチパイロット燃料噴霧装置
による層状混合気(層状噴霧)のシリンダー内供給イメ
ージである。又補助燃料噴霧の動作は、吸気弁の開閉動
作と同期連動して開閉をさせる場合とエンジン回転数或
いは吸気負荷条件に連動して連続的に増減させる方法が
ある。
FIGS. 3 and 4 are conceptual diagrams of a diesel engine with an auxiliary fuel spray section for pilot fuel spray. FIG. 4 shows a multi-auxiliary fuel spray section system having an auxiliary fuel spray nozzle for each cylinder. The difference from the previous explanation is that
First, the air-fuel mixture generated from the auxiliary fuel spray nozzle is not uniformly diffused in the intake passage. FIG. 5 is a supply image of a partial region mixture (partial region spray) by a single pilot fuel spray device using a four-cylinder diesel engine as an example. FIG. 6 is an image of supply of a stratified mixture (stratified spray) by the same single pilot fuel spray device. FIG. 7 is an image of the supply of the partial region mixture (partial region spray) into the cylinder by the multi-pilot fuel spray device. FIG. 8 is also an image of supply of a stratified mixture (stratified spray) in a cylinder by the multi-pilot fuel spray device. The operation of the auxiliary fuel spray can be performed by opening and closing the intake valve in synchronization with the opening and closing operation of the intake valve, or by continuously increasing and decreasing the operation in accordance with the engine speed or intake load condition.

【0019】通常のディーゼルエンジンの予混合圧縮着
火方式との相違は、主燃料噴射前の補助燃料噴霧での混
合気(混合噴霧)の圧縮着火による燃焼爆発力を減じる
ために、燃料噴霧量を抑え、完全にガス化をさせずに補
助燃料噴霧における燃料の平均微細液滴径の大きさを大
きめに制御して、燃焼時の爆発力を減少させている。従
って、パイロット燃料噴霧においては、均一に生成され
る燃料の微細液滴の粒径調整が大きな意味を持ち、微細
液滴の粒径が大きくなるに従って圧縮着火時の燃焼時間
が長くなり、爆発力が減少するが吸気流路の気流に乗せ
てシリンダー内に供給する都合上、また、あまり大きす
ぎては不完全燃焼に移行するために、これによって燃料
噴霧に最適な粒径が求められる。補助燃料噴霧の噴射パ
ターンは上図に示されるように、吸入空気流のほぼ中央
付近に細く帯状の混合気を噴霧生成させて、吸入空気の
気流に乗せて各シリンダー内に供給するパターンと、混
合気の気流の進行方向に断続的に混合気の領域と空気だ
けの領域又は混合気の濃淡を交互に生成させて各シリン
ダーの吸気工程に少なくとも一塊の濃い混合気の領域が
シリンダー内に供給されるように調整する。従って補助
燃料噴霧パターンとしては、上記の層状混合気供給方式
と部分領域混合気供給方式及びそれらの組合せの3通り
のパターンとなる。
The difference from the premixed compression ignition system of a normal diesel engine is that the amount of fuel spray is reduced in order to reduce the combustion explosion power caused by the compression ignition of the mixture (mixed spray) in the auxiliary fuel spray before the main fuel injection. The explosive power at the time of combustion is reduced by controlling the size of the average fine droplet diameter of the fuel in the auxiliary fuel spray without suppressing gasification completely. Therefore, in pilot fuel spraying, it is important to adjust the particle size of fine droplets of fuel that are uniformly generated, and as the particle size of the fine droplets increases, the combustion time during compression ignition increases, and the explosive power increases. However, the diameter of the fuel is reduced due to the fact that it is supplied into the cylinder on the air flow in the intake passage, and if it is too large, the combustion proceeds to incomplete combustion. The injection pattern of the auxiliary fuel spray is, as shown in the above figure, a spray pattern of a narrow band-shaped air-fuel mixture is generated near the center of the intake air flow, and the mixture is supplied to each cylinder on the air flow of the intake air. A mixture region and an air-only region or a mixture concentration are alternately generated intermittently in the direction of flow of the mixture gas to supply at least one block of the mixture mixture into the cylinder during the intake process of each cylinder. To be adjusted. Accordingly, three types of auxiliary fuel spray patterns are available: the above-described stratified mixture supply system, the partial region mixture supply system, and combinations thereof.

【0020】補助燃料噴霧装置のメカニカルな部分は、
例えばガソリンエンジン用の電子制御燃料噴射装置を転
用するか、多噴口噴霧ノズルと電磁弁を用いたアナログ
切替方式を用い、吸入空気流量・流速に応じて噴霧の噴
口数をオンオフ切替して増減する方式を用いてもよい。
主燃料噴射ノズル12からの主燃料噴射量は最新型のデ
ィーゼルエンジンに用いられているパイロット燃料噴射
後の主燃料噴射に準じており、本願では主燃料噴射開始
時点で、補助パイロット燃料噴霧燃焼による気筒内燃焼
ガス温度が、通常燃料或いはエマルジョン燃料又はメタ
ノール等の難燃性燃料を用いる場合で概ね、800℃か
ら1300℃にを目安にパイロット燃料噴霧の噴霧量を
調整する。また補助燃料噴霧用の燃料としては、予備圧
縮着火可能な範囲での含水率のエマルジョン燃料の使用
は可能であるが、その他の難着火性燃料の補助燃料とし
ての使用は避ける。
The mechanical parts of the auxiliary fuel spray device are:
For example, the electronic control fuel injection device for gasoline engines is diverted, or the number of spray nozzles is switched on and off according to the intake air flow rate and flow rate by using an analog switching method using multiple nozzle spray nozzles and solenoid valves. A scheme may be used.
The main fuel injection amount from the main fuel injection nozzle 12 is based on the main fuel injection after the pilot fuel injection used in the latest diesel engine. In the case where the in-cylinder combustion gas temperature uses a normal fuel, an emulsion fuel, or a flame-retardant fuel such as methanol, the spray amount of the pilot fuel spray is adjusted approximately from 800 ° C. to 1300 ° C. As a fuel for spraying the auxiliary fuel, an emulsion fuel having a water content within a range in which pre-compression ignition is possible can be used, but the use of other non-ignitable fuels as an auxiliary fuel is avoided.

【0021】図9は主燃料噴射ノズルと補助燃料噴射ノ
ズルの2つの燃料系統を各シリンダーに備えたディーゼ
ルエンジンの概念である。エンジンに設置された2台の
高圧燃料ポンプを用い、主燃料供給系統17から質量比
50%を超える高含水率の軽油又は灯油エマルジョン燃
料又はメタノール等難燃性燃料、低セタン価の燃料を主
燃料用コモンレール15に供給する。補助燃料供給系統
18からは軽油・灯油又は低含水率の軽油・灯油エマル
ジョン燃料を補助燃料用コモンレール16に供給する。
補助燃料系統及び主燃料系統はエンジン全体の動きを制
御する中央制御装置の指示により、エンジンの起動時は
補助燃料系統のみ働き高圧電磁弁が作動して補助燃料噴
射ノズル4cから通常の拡散燃焼として燃料を気筒内に
噴射させてエンジンの起動を行い、又は起動時から4c
を用いてパイロット燃料噴射と拡散燃焼噴射の2通りの
パターンの燃料噴射を行わせ、さらにエンジンが運転し
はじめると中央制御装置の指示により、直ちに連続的に
高圧電磁弁が作動して、主燃料噴射ノズル12から拡散燃
焼用の高含水率のエマルジョン燃料を気筒内に噴射する
と同時に補助燃料系統はパイロット燃料噴射だけの働き
になり、補助燃料噴射ノズル4cからは主燃料噴射前に
高セタン価の燃料にてパイロット燃料噴射のみが行われ
る。
FIG. 9 shows the concept of a diesel engine having two fuel systems, a main fuel injection nozzle and an auxiliary fuel injection nozzle, in each cylinder. Using two high-pressure fuel pumps installed in the engine, the main fuel supply system 17 is used to supply a high-moisture content gasoline or kerosene emulsion fuel, a flame-retardant fuel such as methanol, or a low cetane number fuel from the main fuel supply system 17. It is supplied to the fuel common rail 15. The auxiliary fuel supply system 18 supplies light oil / kerosene or a light oil / kerosene emulsion fuel with a low water content to the auxiliary fuel common rail 16.
The auxiliary fuel system and the main fuel system are operated only by the auxiliary fuel system when the engine is started, and the high-pressure solenoid valve is operated to activate the auxiliary fuel injection nozzle 4c from the auxiliary fuel injection nozzle 4c as normal diffusion combustion. Start the engine by injecting fuel into the cylinder, or 4c from the start
The fuel injection is performed in two patterns, pilot fuel injection and diffusion combustion injection, using the fuel injection. When the engine starts to operate, the high-pressure solenoid valve is immediately and continuously activated by the instruction of the central control unit, and the main fuel is injected. At the same time as injecting high moisture content emulsion fuel for diffusion combustion from the injection nozzle 12 into the cylinder, the auxiliary fuel system operates only for pilot fuel injection, and the auxiliary fuel injection nozzle 4c outputs a high cetane number high fuel before the main fuel injection. Only pilot fuel injection is performed with fuel.

【0022】エマルジョン燃料に関しては、米国におけ
るA55燃料のように、メタノール等の添加剤を加えて
最大質量比55%の水を加えたエマルジョン燃料を用いた
り、エマルジョン燃料を撹拌混合生成するミキサーをエ
ンジンの近くに搭載して水と軽油・灯油等からエマルジ
ョン燃料を生成して利用する。また燃料の温度に関して
は、エンジン温度が低温の起動時又は寒冷地においては
適当な電熱加熱を併用して、運転中はエンジンの発生す
る排熱を有効に利用して燃料を十分に加熱、加温して各
噴射ノズルに導くようにする。また本実施例はコモンレ
ール方式を想定して図示、説明されているが、ユニット
ポンプインジェクタ方式等においても基本的な概念に変
わりはない。
With respect to the emulsion fuel, like an A55 fuel in the United States, an emulsion fuel in which an additive such as methanol is added and water having a maximum mass ratio of 55% is added, or a mixer for stirring and mixing the emulsion fuel to produce an engine is used. To produce and use emulsion fuel from water and light oil / kerosene. Regarding the fuel temperature, when starting the engine at low temperature or in cold regions, appropriate electric heating is used together, and during operation, the fuel is sufficiently heated and heated by effectively utilizing the exhaust heat generated by the engine. Warm and lead to each injection nozzle. Although the present embodiment is illustrated and described assuming a common rail system, the basic concept is not changed even in a unit pump injector system or the like.

【0023】第10図はコモンレール内に燃焼促進材を
注入混合するための高圧ポンプを備えたエンジンの概念
図である。軽油等の通常燃料は右側の高圧燃料ポンプに
よりコモンレール20に供給され、一方燃焼促進材は2
4の高圧ポンプによりコモンレールに供給される。燃焼
促進材としては、水、二酸化炭素、プロパンガス、DM
E,その他が利用される。燃焼促進剤のコモンレールへ
の供給は液体状態で行われる場合と、二酸化炭素、プロ
パンガス等は超臨界状態にて供給する場合が設定でき
る。又燃焼促進剤の供給温度は適度に加熱高温化して供
給する。コモンレールに超臨界状態にて供給された燃焼
促進材は、例えばプロパンガス或いは二酸化炭素は主燃
料に均一に満遍なく拡散し、主燃料噴射ノズル12から
シリンダー内に噴霧される場合において瞬間的に膨張し
て、主燃料の噴霧特性を大きく向上させる。又図示はさ
れていないがコモンレールの上面部分に内部で発生して
上方に浮いてくる気泡を取出す気泡排出孔とその排出制
御バルブを必要に応じて設置する。
FIG. 10 is a conceptual diagram of an engine provided with a high-pressure pump for injecting and mixing a combustion promoting material into a common rail. Normal fuel such as light oil is supplied to the common rail 20 by the right high-pressure fuel pump, while the combustion promoting material is
4 to the common rail. Water, carbon dioxide, propane gas, DM
E, etc. are used. The case where the combustion promoter is supplied to the common rail in a liquid state and the case where carbon dioxide, propane gas and the like are supplied in a supercritical state can be set. Further, the supply temperature of the combustion promoter is appropriately heated and increased. The combustion promoting material supplied in a supercritical state to the common rail, for example, propane gas or carbon dioxide diffuses uniformly and evenly in the main fuel, and instantaneously expands when sprayed from the main fuel injection nozzle 12 into the cylinder. Thus, the spray characteristics of the main fuel are greatly improved. Although not shown, a bubble discharge hole for taking out bubbles generated inside and floating upward in the upper surface portion of the common rail and a discharge control valve therefor are provided as necessary.

【0024】図11は上記を更に発展させた蓄圧式燃料
噴射方式と含水燃料使用ディーゼルエンジンの概念であ
る。通常燃料専用のコモンレール20からはシリンダー
に配置された2個の(高圧電磁弁付)補助燃料噴射ノズ
ル4cと主燃料噴射ノズル12のそれぞれに燃料の分岐
管が繋がれている。主燃料噴射ノズル用の分岐管内部に
は更に、高圧水又は高圧熱水用コモンレール21から高
圧電磁弁23を経て水又は熱水を主燃料噴射ノズル向け
に供給する高圧水又は熱水注入細管22が配置されてい
る。図12は注入細管22を限りなく短くして分岐管に
注入口のみを配置したものである。また水又は熱水の供
給方法が水又は熱水タンクから高圧注入ポンプ24を用
いてアナログ的に注入している点が異なっている。
FIG. 11 shows the concept of a pressure-accumulation type fuel injection system and a diesel engine using a water-containing fuel, which are further developed from the above. A fuel branch pipe is connected to each of two auxiliary fuel injection nozzles 4c (with a high-pressure solenoid valve) and a main fuel injection nozzle 12 arranged on a cylinder from a common rail 20 dedicated to fuel. Inside the branch pipe for the main fuel injection nozzle, a high pressure water or hot water injection narrow pipe 22 for supplying water or hot water from the common rail 21 for high pressure water or high pressure hot water via the high pressure solenoid valve 23 to the main fuel injection nozzle is further provided. Is arranged. In FIG. 12, the injection capillary 22 is made as short as possible and only the injection port is arranged in the branch pipe. The difference is that the supply method of water or hot water uses a high-pressure injection pump 24 to inject water or hot water in an analog manner.

【0025】動作としては、エンジンの起動用及びパイ
ロット燃料噴射用にはECUの制御により補助燃料系統
を動作させ、補助燃料噴射ノズル4cから燃料を噴射さ
せる。エンジンが運転をはじめると主燃料系統が連続的
に直ちに動作して主燃料系統に繋がる燃料分岐管内部に
高圧水&熱水注入用細管22から分岐管流路に適宜な設
定量を注水しながら主燃料噴射ノズル12から高含水燃
料をシリンダー内に噴射燃焼させる。燃料用コモンレー
ル20に用いる燃料としては低含水率のエマルジョン燃
料を用いることが可能で、補助燃料系統用の分岐管に注
入する水の温度を燃料の温度に比較して十分高い温度差
(一例としては温度差100℃程度)のものを用いる
と、分岐管流路内部で燃料に熱水が噴射合流した時点に
て熱水から燃料側に熱の伝達が起こると同時に双方に激
しい密度変化が生じ、混合が促進される。また燃料流路
全体を高温の熱水が流れると燃料流路の使用部品に熱脆
弱性により寿命低下を招く場合があるが、本実施例の場
合には極めて限定された部分の部品だけを耐久寿命の部
品にて構成させればよい。補助燃料系統及び主燃料系統
での燃料噴射モードはパイロット燃料噴射に限らずスプ
リット噴射(多段噴射)、膨張工程噴射等を適宜に組み
合わせて行う。先述と同様、エンジンの排熱を燃料及び
水の加熱、加温に有効利用するが、燃焼条件の一例とし
て、シリンダー内での推奨燃焼温度を概ね1300℃に
設定して、この燃焼反応温度でエンジンの機械効率が最
大になるように合わせて、燃料温度、水温度、含水燃料
の含水率の設定及び変更、パイロット燃料噴射時期及び
噴射量、主燃料噴射時のスプリット噴射等が制御される
ようにECUをプログラムする。
In operation, the auxiliary fuel system is operated under the control of the ECU for starting the engine and for pilot fuel injection, and fuel is injected from the auxiliary fuel injection nozzle 4c. When the engine starts to operate, the main fuel system operates continuously and immediately, while injecting an appropriate set amount from the high-pressure water & hot water injection thin tube 22 into the branch pipe flow path into the fuel branch pipe connected to the main fuel system. High water content fuel is injected and burned into the cylinder from the main fuel injection nozzle 12. As the fuel used for the fuel common rail 20, a low moisture content emulsion fuel can be used, and the temperature of water injected into the branch pipe for the auxiliary fuel system is sufficiently higher than the temperature of the fuel (for example, When the hot water is injected and merged into the fuel inside the branch pipe flow path, heat is transferred from the hot water to the fuel side, and at the same time a drastic change in density occurs between the two. , Mixing is promoted. When high-temperature hot water flows through the entire fuel flow path, the service life of components used in the fuel flow path may be shortened due to thermal fragility. However, in the case of this embodiment, only a very limited part of the fuel flow path is durable. What is necessary is just to comprise with the component of a life. The fuel injection mode in the auxiliary fuel system and the main fuel system is not limited to pilot fuel injection, but is performed by appropriately combining split injection (multi-stage injection), expansion process injection, and the like. As described above, the exhaust heat of the engine is effectively used for heating and heating the fuel and water. As an example of the combustion conditions, the recommended combustion temperature in the cylinder is set to approximately 1300 ° C. In order to maximize the mechanical efficiency of the engine, setting and changing of fuel temperature, water temperature, water content of water-containing fuel, pilot fuel injection timing and injection amount, split injection at the time of main fuel injection, etc. are controlled. The ECU is programmed.

【0026】図13は2つの燃料噴射ノズルを備えたコ
モンレール式ディーゼルエンジンのシステム概念であ
る。コモンレールの燃料蓄圧に関しては、燃料温度を上
げることによって、本実施例においては、通常使用され
ている圧力よりやや低めの圧力にて動作させても燃料の
粘性低下と水混入による実質噴射量の増大により、燃料
の噴射特性は向上する。
FIG. 13 shows a system concept of a common rail type diesel engine provided with two fuel injection nozzles. Regarding the fuel accumulation pressure of the common rail, by increasing the fuel temperature, in the present embodiment, even if the common rail is operated at a pressure slightly lower than the normally used pressure, the fuel viscosity decreases and the actual injection amount increases due to water mixing. Thereby, the fuel injection characteristics are improved.

【0027】図14はエンジンの吸入流路に流路に垂直
方向のスワールを発生させる為の構造物を設置したエン
ジンの概念図である。吸入流路にネジ状に配置された構
造物により吸入空気は管を円周とする円運動を与えられ
てスワールが生成され、エネルギーを維持したまま吸気
ポートからシリンダー内に流入、そのままシリンダーを
円周とするスワールに変化する。主燃料噴射ノズル12
から噴霧された燃料は、シリンダー内の気流に対して満
遍なく均等に噴霧を拡散可能となる。スワールコントロ
ールバルブが設備していない旧形式のエンジンにおいて
も吸気管を取り外して装着が可能である。図15は吸気
ポートが2個の形式のエンジンにおいての概念図であ
る。電動過流生成装置を用いて、吸気流路の途中から空
気を吸引して円周に沿って空気を噴出させて強いスワー
ルを吸気管内に発生させてシリンダーに導入させてい
る。シリンダー内に生じるスワールは単純な一方向のス
ワールではなく、吸気ポートの配置関係と各吸気ポート
のスワールの回転方向の設定により二重又は三重或いは
それ以上の多重スワールが生成される。図16は各吸気
ポートのスワールの回転方向と想定されるシリンダー内
に生じる多重スワールの発生模式図である。
FIG. 14 is a conceptual diagram of an engine in which a structure for generating a swirl in a direction perpendicular to the flow path is installed in an intake flow path of the engine. The intake air is given a circular motion around the pipe by the structure arranged in the suction passage in a screw shape, and swirl is generated.The swirl flows into the cylinder from the intake port while maintaining the energy, and the cylinder is circled as it is. It changes into a swirl to be around. Main fuel injection nozzle 12
The fuel sprayed from the cylinder can spread the spray evenly and evenly with respect to the airflow in the cylinder. It is possible to remove the intake pipe and install it even on older engines that do not have a swirl control valve. FIG. 15 is a conceptual diagram of an engine having two intake ports. By using an electric overcurrent generator, air is sucked from the middle of the intake flow path and is ejected along the circumference to generate strong swirl in the intake pipe and to introduce the swirl into the cylinder. The swirl generated in the cylinder is not a simple one-way swirl, but double, triple or more multiple swirls are generated by the arrangement of the intake ports and the setting of the rotational direction of the swirl of each intake port. FIG. 16 is a schematic diagram of the occurrence of multiple swirls generated in a cylinder assumed to be the rotational direction of the swirl of each intake port.

【0028】図17は噴流衝突型燃料噴射ノズルの概念
図である。図面の左側は直噴式ディーゼルエンジンで通
常使用されるホーン型ノズル噴孔で、燃料噴霧は矢印の
ように噴射後はシリンダー外周に向かって拡散して行
く。一方噴流衝突型ノズル噴孔を用いた噴射ノズルは右
側で、燃料噴霧は矢印のように噴射直後に一度相互に衝
突して、更に微細化して再びシリンダー外周に向かって
拡散して行き、燃料の早期燃焼が計られる。
FIG. 17 is a conceptual diagram of a jet collision type fuel injection nozzle. The left side of the drawing is a horn-type nozzle injection hole usually used in a direct injection diesel engine. After injection, the fuel spray diffuses toward the outer periphery of the cylinder as shown by an arrow. On the other hand, the injection nozzle using the jet impingement type nozzle orifice is on the right side, and the fuel spray collides with each other once immediately after injection as shown by the arrow, further refines and diffuses again toward the cylinder outer periphery, Early combustion is measured.

【0029】図18は、腹水器を備えた排気ガス浄化シ
ステムの概念である。図19は、腹水タービンと腹水器
の組合せによる排気ガス浄化システムの概念である。高
含水率のエマルジョン燃料を用いるエンジンの後方の排
気管に取付けるもので、図18においては、水蒸気を多
量に含む排気ガス45を浄化装置の中に導入して併設の
水タンクからの水を微細水滴噴射用ポンプ48より微細
水滴噴射ノズル31より排気ガス中に噴霧させる。排気
ガス流路はベンチユリー式に絞ってもよい。さらに後段
に水を用いた排気ガス冷却用熱交換部46によって排気
ガスが冷やされ、凝縮した水蒸気(腹水)の一部が下方
の排出口より排出される。熱交換部46は多孔質の素材
を用いた熱交換部で冷却に用いた熱交換部のプレート表
面から排気ガス中に微細な穴から湧き出て下部の排出口
から一緒に排出される。この形式の熱交換部は後段に排
気ガス蒸気2次冷却部49として更に排気ガス蒸気の冷
却凝縮腹水化が計られる。2つの熱交換部により回収さ
れた腹水は排ガス洗浄排水として装置の下部より回収さ
れ排水吸引ポンプ51により、更に微細固形物除去フィ
ルター52に送られる。エンジンの排気ガス中の微小粒
子状物質は排水に溶け込んでいるので52により濾過、
必要があれば分離された微少粒子状物質は固形物電熱焼
却装置53により定期的に燃焼焼却され、その排気ガス
も電動排気ファン54によって再び排気ガス浄化装置の
前段に返される。52を通過した水(湯)は化学吸着部
又は電気反応部55により溶け込んでいる大気汚染物質
を活性炭或いは吸着剤により吸着させる。電気反応部は
多孔質金属膜を用いた水の電気分解部分で排水を酸化還
元(酸化還元電位を下げる)させることによって、中に
溶け込んだ、NOxやSOxの影響を低減させる。さら
にラジエータ(放熱装置)56によって水温を冷やし
て、排気ガスの洗浄冷却用の水タンクに戻す。
FIG. 18 shows the concept of an exhaust gas purification system provided with an ascites pump. FIG. 19 is a concept of an exhaust gas purification system using a combination of an ascites turbine and an ascites pump. It is attached to an exhaust pipe behind an engine using a high water content emulsion fuel. In FIG. 18, exhaust gas 45 containing a large amount of water vapor is introduced into a purification device to finely separate water from an attached water tank. The water droplet spray pump 48 sprays the fine water droplet spray nozzle 31 into the exhaust gas. The exhaust gas flow path may be throttled in a bench-uri manner. Further, the exhaust gas is cooled by the exhaust gas cooling heat exchanging section 46 using water at a later stage, and a part of the condensed water vapor (ascites) is discharged from a lower outlet. The heat exchanging section 46 is a heat exchanging section using a porous material, and is discharged from a fine hole in the exhaust gas from the plate surface of the heat exchanging section used for cooling, and is discharged together from a lower outlet. In this type of heat exchange section, an exhaust gas steam secondary cooling section 49 is provided at a later stage to further cool and condense the exhaust gas steam. The ascites collected by the two heat exchange units is collected from the lower part of the apparatus as exhaust gas washing wastewater, and is sent to a fine solids removal filter 52 by a wastewater suction pump 51. Since fine particulate matter in the exhaust gas of the engine is dissolved in the waste water, it is filtered by 52,
If necessary, the separated fine particulate matter is periodically burned and incinerated by the solid electrothermal incinerator 53, and the exhaust gas is also returned to the preceding stage of the exhaust gas purification device by the electric exhaust fan 54 again. The water (hot water) that has passed through 52 adsorbs air pollutants dissolved by the chemical adsorption section or the electric reaction section 55 with activated carbon or an adsorbent. The electroreaction section reduces the influence of dissolved NOx and SOx by redoxing (reducing the oxidation-reduction potential) the wastewater in an electrolysis portion of water using a porous metal film. Further, the water temperature is cooled by a radiator (radiator) 56 and returned to the water tank for cleaning and cooling the exhaust gas.

【0030】図19では、腹水タービン59を排気ガス
浄化装置の前段に設置することによって排気ガスの運動
エネルギーを有効回収すると共に、排気ガス浄化装置の
後段冷却部分にヒートポンプ57を用いて冷却温度をさ
げて水蒸気の冷却凝縮による回収効率を上げている。装
置の下部から回収される水蒸気凝縮腹水(排水)は先ず
ラジエータ56にて十分温度が冷やされ、逆浸透膜濾過
装置又は中空糸膜濾過装置62にて腹水中に含まれる微
小粒子状物質或いはその他の化学成分の一部を濾過した
浄化水を含水燃料用の水タンクに戻して再び利用する。
本実施例の排気ガス処理装置は、特に高含水率の含水燃
料を用いたディーゼルエンジンに対して、水蒸気が凝縮
して水になるときに微小粒子状物質を核にして凝縮しや
すい性質とNOx,SOxと言った大気汚染物質が水に
溶け込みやすい性質を利用して、腹水として回収して、
結果的に排気ガスを浄化するものである。また浄化装置
の内部において排気ガスの流路を回転状にサイクロン的
に挙動させることによって、排気ガス中の気水分離能力
が向上する。腹水器は通常スチームエンジン等の気体成
分が殆ど含まれない蒸気だけの凝縮腹水化に用いられる
が、本例では、高含水率の含水燃料を用いたディーゼル
エンジンに適用することによって、排気ガスの浄化に活
用した。また燃料の燃焼だけで発生する水分は別に計算
して、含水燃料及び排気ガス浄化装置で少なくとも使用
する水分の50%程度を凝縮腹水として回収することに
より、例えば車両に本実施例を適用すれば、使用する水
の量の半分の量の水を備えれば、エンジンを運転するこ
とが可能である。又車両等に適応する場合にエアコン等
の空調機器から冷房時に発生する凝縮水を捕集再利用す
る凝縮水タンク63を設置してシステム変更を加えるこ
とにより含水燃料用の水の携帯を更に減少させることに
なる。
In FIG. 19, the kinetic energy of the exhaust gas is effectively recovered by installing the ascites turbine 59 in front of the exhaust gas purification device, and the cooling temperature is reduced by using a heat pump 57 in the rear cooling portion of the exhaust gas purification device. The efficiency of recovery by cooling and condensing steam is increased. The steam condensed ascites (drainage) recovered from the lower part of the apparatus is first cooled sufficiently by a radiator 56, and then the fine particulate matter or other substances contained in the ascites by a reverse osmosis membrane filter or a hollow fiber membrane filter 62. The purified water obtained by filtering a part of the chemical components is returned to the water tank for water-containing fuel and reused.
The exhaust gas treatment apparatus of the present embodiment is particularly suitable for a diesel engine using a water-containing fuel having a high water content, in that when water vapor condenses into water, it is easy to condense with fine particulate matter as a nucleus and NOx. , SOx and other air pollutants are easily dissolved in water and collected as ascites.
As a result, the exhaust gas is purified. In addition, by making the flow path of the exhaust gas behave like a cyclone in the inside of the purification device, the capability of separating steam and water in the exhaust gas is improved. The ascites device is usually used for ascites condensation of only steam containing almost no gaseous components such as a steam engine.In this example, however, by applying the present invention to a diesel engine using a water-containing fuel having a high water content, the exhaust gas can be reduced. Used for purification. Further, the water generated only by the combustion of the fuel is separately calculated, and at least about 50% of the water used in the water-containing fuel and the exhaust gas purification device is recovered as condensed ascites. With half the amount of water used, the engine can be operated. In addition, when adapting to vehicles, etc., the condensed water tank 63 that collects and reuses condensed water generated during cooling from air conditioners such as air conditioners is installed and the system is changed to further reduce the amount of water for water-containing fuel. Will be.

【0031】図20及び図21は、高い熱放射吸収素材
にて内面を加工したディーゼルエンジン及びガソリンエ
ンジンの概念である。40はシリンダーのピストンが擦
らない非摺動面である。41は高熱放射吸収面で擬似黒
体面とも言われる。本実施例では、エンジンのピストン
の上面とシリンダーの非摺動面、吸気バルブ及び排気バ
ルブの燃焼室側、排気ガス流路のガス通過面を二酸化チ
タンを用いた低温溶射技術にてコーティングを行い定着
させた。部品は分解した状態にて上記加工を行い、排気
流路は分割組立構造として、二酸化チタンの溶射加工を
施した後組上げて一体品とした。加工後の表面の熱放射
吸収率は0.9を超えている。放射熱吸収量は加工前の
2倍前後となっている。シリンダーの内部で燃料が燃焼
されるとき、通常の燃焼においては瞬間的に2000℃
前後の温度になると言われている。このとき燃焼ガスか
らは、強い放射エネルギーがピストン上面とシリンダー
内面に放射される。この放射強度は絶対温度の4乗に比
例して強度を増し、光速度にて伝播される。シリンダー
内面及びピストン上面に到達した燃焼ガスの放射エネル
ギーは瞬時に(殆ど0秒にて)壁面にて壁面の放射吸収
率に応じて反射されて、再び瞬時にてシリンダーの燃焼
室中心付近に収束して燃焼ガスに一部吸収される。さら
に、この放射エネルギーはシリンダー内面にその放射吸
収率に応じて反射されて、放射エネルギーが減衰するま
で、瞬時に繰り返される。この結果、シリンダー内の燃
焼ガスの瞬間最高温度が高められ、NOx等の発生が増
加し、熱反応は瞬時に帰結するため、CO,HCと言っ
た未燃焼物質の発生も減少しない。本実施例の擬似黒体
にてシリンダー内面ピストン上面等を加工した場合、シ
リンダー内で燃料が燃焼した場合、その放射エネルギー
の殆どは内シリンダー内壁面にて吸収され光速度にて瞬
時に反射される放射エネルギーが殆どなくなる。一方擬
似黒体の表面では、燃焼ピークの放射エネルギーを吸収
することによって、その表面温度が上昇し、一部は固体
の伝達熱として逃げるが、燃焼ガス側に対して一瞬間を
おいて、その表面温度に応じた放射エネルギーを持続放
射して、燃焼ガスに吸収されなかった部分は再びシリン
ダー壁面に吸収され、同じことを繰り返す。従って擬似
黒体にて内面を加工されたピストン、シリンダー等によ
り、燃焼時の最高エネルギーピークが低下すると同時
に、その後の反応時のエネルギーを高め、結果NOx等
を減少傾向にし、未燃焼物質の発生を低減させる。特に
燃料にエマルジョン燃料等の高含水率の燃料を用いた場
合は、2酸化チタン等を用いた表面処理により、特に燃
焼中の水、OH結合をラジカルにして、その反応性を高
める。排気流路においても同様に高温の排気ガス中の化
学反応を高め、それ以降の未燃焼物質の発生を効果的に
減少させる。この事は図21のガソリンエンジンにおい
ても同様に、点火プラグにて燃焼爆発後のシリンダー内
の燃焼ガスの最高ピークエネルギーを下げて、その後の
反応性を持続向上させる方向に変化させる。
FIGS. 20 and 21 show the concept of a diesel engine and a gasoline engine whose inner surfaces are processed with a high heat radiation absorbing material. Reference numeral 40 denotes a non-sliding surface on which the piston of the cylinder does not rub. 41 is a high heat radiation absorption surface, also called a pseudo black body surface. In this embodiment, the upper surface of the piston of the engine and the non-sliding surface of the cylinder, the combustion chamber side of the intake valve and the exhaust valve, and the gas passage surface of the exhaust gas passage are coated by a low-temperature spraying technique using titanium dioxide. Established. The parts were processed in the disassembled state, and the exhaust passage was divided and assembled to form a single body after spraying titanium dioxide and then assembling the parts. The heat radiation absorptivity of the processed surface exceeds 0.9. The amount of radiant heat absorbed is about twice that before processing. When fuel is burned inside the cylinder, 2000 ° C is instantaneous in normal combustion.
It is said that the temperature will be around. At this time, strong radiant energy is radiated from the combustion gas to the piston upper surface and the cylinder inner surface. This radiation intensity increases in proportion to the fourth power of the absolute temperature and propagates at the speed of light. The radiant energy of the combustion gas that reaches the inner surface of the cylinder and the upper surface of the piston is instantaneously (almost 0 seconds) reflected on the wall according to the radiant absorptivity of the wall, and then instantaneously converges near the center of the combustion chamber of the cylinder. And partly absorbed by the combustion gas. Further, this radiant energy is reflected on the inner surface of the cylinder according to its radiant absorptivity, and is repeated instantaneously until the radiant energy is attenuated. As a result, the instantaneous maximum temperature of the combustion gas in the cylinder is increased, the generation of NOx and the like increases, and the thermal reaction results instantaneously, so that the generation of unburned substances such as CO and HC does not decrease. If the inner surface of the piston inside the cylinder is processed with the pseudo black body of the present embodiment, when the fuel burns in the cylinder, most of the radiant energy is absorbed by the inner wall surface of the inner cylinder and instantly reflected at the speed of light. Almost no radiant energy. On the other hand, on the surface of the pseudo black body, the surface temperature rises by absorbing the radiant energy of the combustion peak, and part of the surface escapes as transfer heat of the solid, but after a moment with respect to the combustion gas side, The radiant energy corresponding to the surface temperature is continuously emitted, and the portion not absorbed by the combustion gas is again absorbed by the cylinder wall surface, and the same is repeated. Therefore, the maximum energy peak during combustion is reduced by the pistons and cylinders whose inner surfaces are processed with a pseudo black body, and at the same time, the energy during subsequent reactions is increased, resulting in a tendency to reduce NOx and the like, and the generation of unburned substances. To reduce. In particular, when a fuel having a high water content such as an emulsion fuel is used as the fuel, the reactivity of the water and OH bonds during combustion is radicalized by the surface treatment using titanium dioxide or the like. Similarly, in the exhaust passage, the chemical reaction in the high-temperature exhaust gas is enhanced, and the subsequent generation of unburned substances is effectively reduced. In the gasoline engine of FIG. 21 as well, the maximum peak energy of the combustion gas in the cylinder after the combustion explosion is reduced by the ignition plug, and the reactivity is continuously improved thereafter.

【0032】ここで本願にて用いた若干の語句に関して
説明する。同一種類の燃料という場合には、軽油、灯
油、A重油と言った燃料の種類を指し、広義の意味には
含水燃料とベースの燃料、軽油と軽油エマルジョンを同
一種類のベース燃料といったように解釈されることもあ
る。予混合圧縮燃焼(パイロット噴霧燃焼)における最
適な設定値とは混合気がシリンダーに吸引されて圧縮着
火される場合で、燃焼爆発がピストンの上死点迄に起き
るような混合気の濃度、噴霧の微細粒径をいい、エンジ
ンに異常な振動として認識されない範囲を示す。部分領
域混合気とは混合気流路又はシリンダー容積の全体に拡
散していない状態で、混合気流路の進行方向に濃淡とし
て分布する場合と進行方向は連続で進行切断面に関して
濃淡として分布する場合と、それらを合わせたものが与
えられる。又本願にて述べているディーゼルエンジンは
直噴エンジンを指している。拡散燃焼とは学術的に使わ
れるものに準じ、従来のディーゼルエンジンの燃焼形式
を指す。燃焼爆発力を減じたとは、混合気中の燃料噴霧
の微細油滴の大きさを、やや大きくすることによってシ
リンダー内での混合気の燃焼速度を調整、燃焼時間を長
くして起爆力を減じたことを指す。予備的圧縮着火とは
所謂パイロット燃料噴射における着火を指す。含水燃料
とエマルジョン燃料とは、ほぼ同意義であるが、含水燃
料は燃料が必ずしも乳化していなくてもよい。本願にお
ける低含水率高含水率とは、エマルジョン燃料の含水率
が質量比50%を超える場合を高含水率、それ以下の場
合を低含水率とした。水と熱水とは、エンジンに供給さ
れる燃料の温度を基準に同温度程度を水とし、十分に高
い温度(混合させることによって激しい密度変化を起こ
す)を熱水とした。大気汚染物質とは一般的認識同様に
微小粒子状物質、NOx,SOx等を指す。
Here, some terms used in the present application will be described. In the case of the same type of fuel, it refers to the type of fuel such as light oil, kerosene, or heavy oil A. In a broad sense, water-containing fuel and base fuel are used, and light oil and light oil emulsion are interpreted as the same type of base fuel. It may be done. The optimum set value for premixed compression combustion (pilot spray combustion) is when the mixture is sucked into the cylinder and compressed and ignited, and the concentration and mixture of the mixture are such that a combustion explosion occurs before the top dead center of the piston. Means a range that is not recognized as abnormal vibration by the engine. The partial region mixture is a state in which the mixture is not diffused throughout the mixture passage or the cylinder volume, and is distributed as a shade in the traveling direction of the mixture passage and a case where the traveling direction is continuously distributed as a shade with respect to the traveling cut surface. , A combination of them is given. The diesel engine described in the present application indicates a direct injection engine. Diffusion combustion refers to the combustion type of a conventional diesel engine, according to what is used academically. Reduced combustion explosion power means that the combustion speed of the mixture in the cylinder is adjusted by slightly increasing the size of the fine oil droplets of the fuel spray in the mixture, and the combustion time is extended to reduce the explosive power. Point out. Preliminary compression ignition refers to ignition in so-called pilot fuel injection. The hydrated fuel and the emulsion fuel have substantially the same meaning, but the hydrated fuel does not necessarily have to have the fuel emulsified. The low water content and the high water content in the present application are defined as high water content when the water content of the emulsion fuel exceeds 50% by mass, and low water content when the water content is less than 50%. The water and the hot water were set to the same temperature as the water based on the temperature of the fuel supplied to the engine, and the sufficiently high temperature (a drastic change in density caused by mixing) was used as the hot water. The air pollutant refers to fine particulate matter, NOx, SOx, and the like as generally recognized.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上、本発明は以上説明されたように構
成されているので、以下に記載されるような効果を奏す
る。
As described above, the present invention is configured as described above, and has the following effects.

【0034】既存のディーゼルエンジンの吸気流路上に
補助燃料噴霧部を設置し、エンジン回転数と連動した、
均一な希薄混合気(希薄噴霧)を生成して各シリンダー
に供給することによって、極めて簡便に予混合圧縮燃焼
方式(パイロット噴霧燃焼方式)と拡散燃焼の併用シス
テムを構築でき、排気ガスの浄化、省エネに効果を発揮
する。
An auxiliary fuel spray unit is installed on the intake passage of an existing diesel engine, and is linked with the engine speed.
By generating a uniform lean mixture (lean spray) and supplying it to each cylinder, it is possible to very easily construct a combined system of a premixed compression combustion system (pilot spray combustion system) and diffusion combustion, and purify exhaust gas. Effective for energy saving.

【0035】更に、上記の補助燃料噴霧部の噴霧モード
を変え、やや大きめな燃料微細油滴径の部分領域混合気
又は層状混合気を生成することにより、既存の旧形式の
ディーゼルエンジンを最新型のパイロット燃料噴射型と
同等なクリーンな排気ガスのエンジンに改造が可能であ
る。
Further, by changing the spraying mode of the auxiliary fuel spraying section to generate a partial area mixture or a stratified mixture having a slightly larger fuel fine oil droplet diameter, the existing old type diesel engine can be replaced with the latest model. It is possible to convert it to a clean exhaust gas engine equivalent to the pilot fuel injection type.

【0036】最新型のコモンレール式ディーゼルエンジ
ンに関しても、コモンレール内に内部の燃料の加熱手段
を設置し、更に燃焼促進材としての二酸化炭素、各種圧
縮液化ガス、水等をコモンレール内に通常状態或いは超
臨界状態にて加圧供給する装置及びシステムを設置する
ことにより、燃料の噴射特性を著しく向上させた。更
に、コモンレール式ディーゼルエンジンで、1本の燃料
用コモンレールから各シリンダーに配置された2個の燃
料噴射ノズルに燃料用の分岐管を繋げて、その内の一方
の分岐管内に水又は熱水を圧力注入する方式により、含
水率を自由に又即座に変化調整が可能な高性能システム
に改良がなされ、パイロット噴射、多段噴射等を組合せ
ることにより、燃焼温度を下げて且つ完全燃焼を行わせ
て、高熱効率と低エミッションが同時に満足するシステ
ムが構築できる。
With respect to the latest type of common-rail diesel engine, a heating means for the internal fuel is installed in the common rail, and carbon dioxide, various kinds of compressed liquefied gas, water and the like as a combustion promoting material are placed in the common rail in a normal state or an ultra-high state. By installing a device and system for pressurizing and supplying under critical conditions, the fuel injection characteristics were significantly improved. Further, in a common rail diesel engine, a fuel branch pipe is connected from one fuel common rail to two fuel injection nozzles arranged in each cylinder, and water or hot water is supplied to one of the branch pipes. The pressure injection system has been improved to a high-performance system that allows the water content to be freely and immediately changed and adjusted. Combination of pilot injection, multi-stage injection, etc. lowers the combustion temperature and allows complete combustion. Therefore, a system that satisfies both high thermal efficiency and low emission at the same time can be constructed.

【0037】既存エンジンの吸気系と燃料噴射系の改良
として吸入圧縮工程でのシリンダー内スワール発生の少
ない旧形式のディーゼルエンジン及びガソリンエンジン
に対して、吸気流路内に適当な構造物を設け、或いは動
力式の吸引排気装置を用いて、吸気流路の円周方向に強
いスワールを発生させて、これを減衰させないようにシ
リンダーに導入してシリンダー内にスワールを持続さ
せ、更にディーゼルエンジンのマルチ噴孔式噴射ノズル
の形態を変えて、噴射のノズルの噴孔から噴霧された燃
料が直後に相互に衝突する、噴流衝突型ノズルを用いる
ことのより、旧形式のエンジンにおいても最新型のエン
ジンに劣らない燃焼効率と排気ガスの浄化が期待され
る。
As an improvement of the intake system and the fuel injection system of the existing engine, an appropriate structure is provided in the intake passage for an old-type diesel engine and a gasoline engine that generate less swirl in the cylinder in the intake compression process. Alternatively, a strong swirl is generated in the circumferential direction of the intake flow path by using a power type suction / exhaust device, and introduced into a cylinder so as not to attenuate the swirl so that the swirl is maintained in the cylinder. By changing the form of the injection hole type injection nozzle, the fuel sprayed from the injection hole of the injection nozzle immediately collides with each other immediately, using a jet impingement type nozzle, the latest type of engine even in older engines Combustion efficiency and purification of exhaust gas that are not inferior are expected.

【0038】排気ガスの後方処理に関しても、高含水率
のエマルジョン燃料を用いるエンジンに対して、エンジ
ンの排気流路後段に腹水タービン又は腹水器を含む排気
ガス浄化システムを設置することにより、排気ガスから
微小粒子状物質の高効率除去に限定されず、その他のN
Ox,SOxと言った有害成分を含めて除去可能とな
る。
Regarding the exhaust gas after-treatment, an exhaust gas purifying system including an ascites turbine or an ascites pump is installed at the latter stage of the exhaust passage of the engine for an engine using a high moisture content emulsion fuel. Is not limited to highly efficient removal of fine particulate matter from
It becomes possible to remove harmful components such as Ox and SOx.

【0039】エンジンのシリンダー内面の材質に関し
て、二酸化チタン等の熱溶射加工を施す事によって、表
面の放射吸収特性が格段に向上し、燃焼における不必要
なエネルギーを吸収する反面、必要なときに、その擬似
黒体表面から有効な放射エネルギーを燃焼ガスに持続的
に与えることにより、燃焼性及び後段の排気ガス流路上
での反応性を大きく向上させることができる。
By applying a thermal spraying process such as titanium dioxide to the material of the inner surface of the cylinder of the engine, the radiation absorption characteristics of the surface are remarkably improved, and unnecessary energy in combustion is absorbed. By continuously providing effective radiant energy to the combustion gas from the surface of the pseudo black body, the combustibility and the reactivity on the downstream exhaust gas passage can be greatly improved.

【0040】[0040]

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】補助燃料噴霧混合部付ディーゼルエンジンの概
念図である。(パイロット燃料噴霧燃焼)
FIG. 1 is a conceptual diagram of a diesel engine with an auxiliary fuel spray mixing section. (Pilot fuel spray combustion)

【図2】均一撹拌燃料噴霧の供給イメージ図である。FIG. 2 is a supply image diagram of a uniform stirring fuel spray.

【図3】補助燃料噴霧混合部付ディーゼルエンジンの概
念図である。(パイロット燃料噴霧)
FIG. 3 is a conceptual diagram of a diesel engine with an auxiliary fuel spray mixing section. (Pilot fuel spray)

【図4】マルチ補助燃料噴霧部付ディーゼルエンジンの
概念図である。
FIG. 4 is a conceptual diagram of a diesel engine with a multi-auxiliary fuel spray unit.

【図5】シングルパイロット燃料噴霧装置による部分領
域混合気の供給イメージ図である。
FIG. 5 is a schematic diagram of a supply of a partial region air-fuel mixture by a single pilot fuel spray device.

【図6】シングルパイロット燃料噴霧装置による層状混
合気の供給イメージ図である。
FIG. 6 is an illustration of a supply of a stratified mixture by a single pilot fuel spray device.

【図7】マルチパイロット燃料噴霧装置による部分領域
混合気のシリンダー内供給イメージ図である。
FIG. 7 is a conceptual diagram of supply of a partial region air-fuel mixture into a cylinder by a multi-pilot fuel spray device.

【図8】マルチパイロット燃料噴霧装置による層状混合
気のシリンダー内供給イメージ図である。
FIG. 8 is a conceptual diagram of supply of a stratified mixture into a cylinder by a multi-pilot fuel spray device.

【図9】主燃料噴射ノズルと補助燃料噴射ノズルの2つ
の燃料系統を各シリンダーに備えたディーゼルエンジン
の概念図である。
FIG. 9 is a conceptual diagram of a diesel engine having two fuel systems, a main fuel injection nozzle and an auxiliary fuel injection nozzle, in each cylinder.

【図10】コモンレール内に燃焼促進材を注入混合する
ための高圧ポンプを備えたエンジンの概念図である。
FIG. 10 is a conceptual diagram of an engine provided with a high-pressure pump for injecting and mixing a combustion promoting material into a common rail.

【図11】蓄圧式燃料噴射方式と含水燃料使用ディーゼ
ルエンジンの概念図である。
FIG. 11 is a conceptual diagram of a pressure-accumulation type fuel injection system and a diesel engine using a water-containing fuel.

【図12】蓄圧式燃料噴射方式と含水燃料使用ディーゼ
ルエンジンの概念図である。
FIG. 12 is a conceptual diagram of a pressure-accumulation type fuel injection system and a diesel engine using a hydrous fuel.

【図13】二つの燃料噴射ノズルを備えたコモンレール
式ディーゼルエンジンのシステムの概念図である。
FIG. 13 is a conceptual diagram of a system of a common rail diesel engine having two fuel injection nozzles.

【図14】エンジンの吸入流路に流路に垂直方向のスワ
ールを発生させる為の構造物を設置したエンジンの概念
図である。
FIG. 14 is a conceptual diagram of an engine in which a structure for generating a swirl in a vertical direction in a flow passage is installed in an intake flow passage of the engine.

【図15】吸気ポートが2個の形式のエンジンにおいて
の吸気スワール概念図である。
FIG. 15 is a conceptual diagram of an intake swirl in an engine having two intake ports.

【図16】各吸気ポートのスワールの回転方向と想定さ
れるシリンダー内に生じる多重スワールの発生模式図で
ある。
FIG. 16 is a schematic diagram of the occurrence of multiple swirls generated in a cylinder assumed to be the rotational direction of the swirl of each intake port.

【図17】噴流衝突型燃料噴射ノズルの概念図である。FIG. 17 is a conceptual diagram of a jet collision type fuel injection nozzle.

【図18】腹水器を備えた排気ガス浄化システムの概念
FIG. 18 is a conceptual diagram of an exhaust gas purification system including an ascites device.

【図19】腹水タービンと腹水器の組合せによる排気ガ
ス浄化システムの概念図である。
FIG. 19 is a conceptual diagram of an exhaust gas purification system using a combination of an ascites turbine and an ascites mixer.

【図20】高い熱放射吸収素材にて内面を加工したディ
ーゼルエンジンの概念図である。
FIG. 20 is a conceptual diagram of a diesel engine whose inner surface is processed with a high heat radiation absorbing material.

【図21】高い熱放射吸収素材にて内面を加工したガソ
リンエンジンの概念図である。
FIG. 21 is a conceptual diagram of a gasoline engine whose inner surface is processed with a high heat radiation absorbing material.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 エアフィルター 2 吸気流路 2a
均一撹拌混合部 3 吸入空気流量(流速)センサー 4 補助燃
料噴霧ノズル 4a 補助燃料噴霧ノズル(パィロット噴霧用) 4c 補助燃料噴射ノズル(コモンレール用) 5 補助燃料噴射制御装置 6 燃料タンク(燃料
系統) 7 吸気弁 8 排気弁 9 シリ
ンダー 10 ピストン 11 コンロッド 12 主燃料噴射ノズル 13 制御装置 14 吸気弁作動センサー 15 主燃料用コモン
レール(蓄圧式主燃料ライン) 16 補助燃料
用コモンレール(蓄圧式補助燃料ライン) 17 主燃料供給系統(ポンプ&装置) 18 補助燃料供給系統(ポンプ&装置) 19 中央
制御装置(ECU) 20 コモンレール(蓄圧式燃料供給系統) 21 高圧水(高圧熱水)用コモンレール 22 高圧
水&熱水注入用細管 23 高圧電磁弁 24 高圧注入ポンプ(燃
焼促進材・助燃材用) 25 高圧水ポンプ 26 水又は熱水タンク 27 部分領域混合気 28 層状混合気 29 排気流路 31 微細水滴噴射ノズル 40 非摺動面(非摺動部分) 41 高熱放射吸収面
(擬似黒体表面) 42 点火プラグ 43 直噴ガソリンエン
ジン用噴射ノズル 44 高圧ガソリン供給レール 45 排気ガス(燃
焼ガス) 46 排気ガス冷却用熱交換部 47 排気ガス冷却熱
交換部用水供給ポンプ 48 微細水滴噴射用ポンプ 49 排気ガス蒸気
2次冷却部 50 排気ガス蒸気2次冷却部用水供給ポンプ 51 排水吸引ポンプ 52 微細固形物除去フ
ィルター 53 固形物電熱焼却装置 54 電動排気フ
ァン 55 化学吸着部又は電気反応部 56 ラジエータ
(放熱装置) 57 ヒートポンプ 59 腹水タービン
(排気ガスタービン) 60 放熱部(高温側) 61 冷却部(低
温側) 62 逆浸透膜濾過装置 63 エアコン空
調機器からの凝縮水タンク
1 air filter 2 intake channel 2a
Uniform stirring / mixing unit 3 Intake air flow rate (flow velocity) sensor 4 Auxiliary fuel spray nozzle 4a Auxiliary fuel spray nozzle (for pilot spray) 4c Auxiliary fuel injection nozzle (for common rail) 5 Auxiliary fuel injection control device 6 Fuel tank (fuel system) 7 Intake valve 8 Exhaust valve 9 Cylinder 10 Piston 11 Connecting rod 12 Main fuel injection nozzle 13 Controller 14 Intake valve operation sensor 15 Common rail for main fuel (accumulator main fuel line) 16 Common rail for auxiliary fuel (accumulator auxiliary fuel line) 17 Main Fuel supply system (pump & device) 18 Auxiliary fuel supply system (pump & device) 19 Central control unit (ECU) 20 Common rail (accumulator type fuel supply system) 21 Common rail for high pressure water (high pressure hot water) 22 High pressure water & hot water Capillary tube 23 High pressure solenoid valve 24 High pressure injection pump (combustion promotion 25) High-pressure water pump 26 Water or hot water tank 27 Partial air / fuel mixture 28 Layered air / fuel mixture 29 Exhaust flow path 31 Fine water droplet injection nozzle 40 Non-sliding surface (non-sliding portion) 41 High heat radiation absorbing surface ( (Pseudo black body surface) 42 Spark plug 43 Injection nozzle for direct injection gasoline engine 44 High pressure gasoline supply rail 45 Exhaust gas (combustion gas) 46 Exhaust gas cooling heat exchange unit 47 Exhaust gas cooling heat exchange unit water supply pump 48 Fine water droplet injection Pump 49 Exhaust gas steam secondary cooling unit 50 Exhaust gas steam secondary cooling unit water supply pump 51 Drainage suction pump 52 Fine solids removal filter 53 Solid matter electrothermal incinerator 54 Electric exhaust fan 55 Chemical adsorption unit or electric reaction unit 56 Radiator (radiator) 57 Heat pump 59 Ascites turbine (exhaust gas turbine) 60 Radiator ( Temperature side) 61 cooling unit (low temperature side) 62 reverse osmosis membrane filtration apparatus 63 the condensed water tank from the air conditioner air conditioning equipment

───────────────────────────────────────────────────── 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) F01N 3/02 301 F01N 3/02 301Z 3G091 3/04 3/04 A 3G301 7/00 7/00 B 4D006 F02B 31/00 331 F02B 31/00 331Z F02D 41/38 F02D 41/38 B F02F 1/00 F02F 1/00 R F02M 25/00 F02M 25/00 H K R 29/00 29/00 G 31/125 35/10 101F 35/10 101 37/00 P 35/104 341D 37/00 341H 341 43/00 45/08 D 43/00 53/02 45/08 55/02 350G 53/02 61/18 320A 55/02 350 69/00 310T 61/18 320 31/12 321D 69/00 310 35/10 102R Fターム(参考) 3G004 AA01 BA06 DA21 DA23 EA06 FA02 FA04 FA07 3G023 AA02 AA03 AA05 AA07 AB05 AC02 AC04 AC05 AC06 AC07 AC09 AD05 AD06 AD09 AE06 AF01 AG01 3G024 AA11 AA22 AA31 DA02 DA08 GA19 3G066 AA07 AB02 AB06 AB08 AC09 BA17 BA24 BA26 CC26 CC29 CD22 3G090 AA01 EA01 EA04 3G091 AA02 AA18 AA28 AB13 AB15 BA00 BA36 CA08 CB01 FB10 HA07 HB03 3G301 HA02 HA06 HA15 JA02 JA26 JA27 LB03 LB05 LB11 LB13 MA11 MA23 PA01Z PE01Z 4D006 GA03 GA07 PA01 PB15 PC80──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) F01N 3/02 301 F01N 3/02 301Z 3G091 3/04 3/04 A 3G301 7/00 7/00 B 4D006 F02B 31/00 331 F02B 31/00 331Z F02D 41/38 F02D 41/38 B F02F 1/00 F02F 1/00 R F02M 25/00 F02M 25/00 H K R 29/00 29/00 G 31/125 35 / 10 101F 35/10 101 37/00 P 35/104 341D 37/00 341H 341 43/00 45/08 D 43/00 53/02 45/08 55/02 350G 53/02 61/18 320A 55/02 350 69/00 310T 61/18 320 31/12 321D 69/00 310 35/10 102R F term (reference) 3G004 AA01 BA06 DA21 DA23 EA06 FA02 FA04 FA07 3G023 AA02 AA03 AA05 AA07 AB05 AC02 AC04 AC05 A C06 AC07 AC09 AD05 AD06 AD09 AE06 AF01 AG01 3G024 AA11 AA22 AA31 DA02 DA08 GA19 3G066 AA07 AB02 AB06 AB08 AC09 BA17 BA24 BA26 CC26 CC29 CD22 3G090 AA01 EA01 EA04 3G091 AA02 AA18 AA28 AB13 HA15 BA01 HA03 HA03 JA26 JA27 LB03 LB05 LB11 LB13 MA11 MA23 PA01Z PE01Z 4D006 GA03 GA07 PA01 PB15 PC80

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 エンジンのエアフィルターから吸気弁に
至る吸気流路に、予混合圧縮着火(パイロット噴霧燃
焼)を行わせる為の補助燃料噴霧混合部を設置したこと
を特徴とするディーゼルエンジン
1. A diesel engine having an auxiliary fuel spray mixing section for performing premix compression ignition (pilot spray combustion) in an intake passage from an air filter of an engine to an intake valve.
【請求項2】 請求項1において、補助燃料噴霧混合部
から噴霧される混合気を流路に均一に拡散させない、部
分領域混合気又は層状混合気を生成して各シリンダー内
に供給することを特徴とするディーゼルエンジン
2. The method according to claim 1, wherein a partial mixture or a stratified mixture is generated and supplied into each cylinder without causing the mixture sprayed from the auxiliary fuel spray mixing section to be uniformly diffused in the flow path. Diesel engine features
【請求項3】 ディーゼルエンジンの各シリンダーに主
燃料噴射ノズルとは別にパイロット燃料噴射燃焼を行わ
せるための補助燃料噴射ノズルを備えたことを特徴とす
るエンジン及びシステム
3. An engine and system comprising an auxiliary fuel injection nozzle for causing each cylinder of a diesel engine to perform pilot fuel injection combustion separately from a main fuel injection nozzle.
【請求項4】 蓄圧式燃料噴射系統を備えるエンジンに
おいて、コモンレール内に内部の燃料の加熱手段を備
え、さらに主燃料以外の物質(燃焼促進材)をコモンレ
ール内に加圧供給(注入)するための装置及びシステム
を備えたことを特徴とするエンジン及びシステム
4. An engine having a pressure-accumulation type fuel injection system, wherein an internal fuel heating means is provided in a common rail, and a substance (combustion promoting material) other than the main fuel is pressurized (injected) into the common rail. Engine and system provided with the apparatus and system
【請求項5】 請求項4において、蓄圧式燃料噴射装置
の一本の燃料用コモンレールから各シリンダーに2本の
燃料供給用分岐管が延び、各々主燃料噴射ノズルと補助
燃料噴射ノズルに繋がれ、更に各シリンダーに繋がれた
一方の燃料供給用分岐管路に燃焼促進材を加圧注入する
流路が接続されていることを特徴とするディーゼルエン
ジン及びシステム
5. A fuel supply device according to claim 4, wherein two fuel supply branch pipes extend from one fuel common rail of the pressure accumulating fuel injection device to each cylinder, and are connected to the main fuel injection nozzle and the auxiliary fuel injection nozzle, respectively. A diesel engine and system, wherein a flow path for pressurizing and injecting a combustion promoting material is connected to one fuel supply branch pipe connected to each cylinder.
【請求項6】 エンジンの吸気流路上に吸入流路方向と
垂直な右ネジ又は左ネジ方向のスワール(過流)を生成
するための構造物又は動力手段を用いたスワール生成装
置を設置したことを特徴とするエンジン及びシステム
6. A swirl generating device using a structure or a power means for generating a swirl (overflow) in a right-handed screw direction or a left-handed screw direction perpendicular to the direction of the intake passage on the intake passage of the engine. Engine and system characterized by
【請求項7】 ディーゼルエンジンに用いる多孔式燃料
噴射ノズルにおいて、ノズル噴孔から噴射された各孔か
らの燃料が直後に相互に衝突する、噴流衝突型ノズルを
設置したことを特徴とするディーゼルエンジン
7. A diesel engine, comprising: a multi-hole fuel injection nozzle for use in a diesel engine, wherein a jet impingement nozzle is provided, in which fuel injected from each of the nozzle holes collide with each other immediately thereafter.
【請求項8】 ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置
において、燃料に含水燃料を用い、排気弁後方の排気流
路(排気管)に、腹水タービン又は排気ガス中の水蒸気
を冷却凝縮させる腹水器又はさらに気水分離器を設置、
又は更に後段に冷却凝縮分離された水に含まれる大気汚
染物質を除去する多孔膜フィルター又は逆浸透膜濾過装
置を併設、又は更に浄化された該腹水を再度、含水燃料
用の水として利用することを特徴とするディーゼルエン
ジンの排気ガス浄化と腹水再利用のシステム
8. An exhaust gas purifying apparatus for a diesel engine, wherein a hydrous fuel is used as a fuel, and an ascites turbine or an ascites pump for cooling and condensing water vapor in the exhaust gas in an exhaust passage (exhaust pipe) behind the exhaust valve. Install a steam separator,
Alternatively, a porous membrane filter or reverse osmosis membrane filtration device for removing air pollutants contained in water that has been cooled, condensed and separated in the subsequent stage is provided, or the purified ascites fluid is used again as water for hydrous fuel. Exhaust gas purification and ascites recycling system for diesel engines
【請求項9】 請求項8において、車両等の使用中のエ
アコン等の空調機器から発生する凝縮水も併せて含水燃
料用の水として再利用することを特徴とするシステム
9. The system according to claim 8, wherein condensed water generated from an air conditioner such as an air conditioner in use in a vehicle or the like is also reused as water for wet fuel.
【請求項10】 エンジンの燃焼ガスに接するシリンダ
ー内面の少なくとも非摺動面又は、排気弁後方の排気流
路の表面が、遠赤外線波長領域において、その表面の熱
放射吸収率が少なくとも0.7を超える、黒体に近い熱放
射吸収特性を有する材質又は加工にて構成されたことを
特徴とするエンジン
10. The heat radiation absorptivity of at least the non-sliding surface of the inner surface of the cylinder in contact with the combustion gas of the engine or the surface of the exhaust passage behind the exhaust valve in the far-infrared wavelength region exceeds 0.7. Characterized in that the engine is made of a material or processed having a heat radiation absorption characteristic close to a black body.
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