JP2006274888A - 軽油等燃料潤滑ディーゼルエンジン - Google Patents

Abstract

【課題】 エンジン潤滑系等を潤滑し、すす等の汚れ成分が混入することが懸念される燃料を早期に消費すると共に、より効率的な排気浄化を実現できる軽油等燃料潤滑ディーゼルエンジンを提供することを課題とする。
【解決手段】 軽油等燃料潤滑ディーゼルエンジン（１）は、排気系に配置されたディーゼル触媒（２４）に燃料を添加する燃料添加手段（燃料添加弁２５）を備えている。この燃料添加手段（２５）により添加した燃料は、ディーゼル触媒（２４）でＮＯｘ還元用添加剤又は触媒昇温用添加剤として作用する。これにより、軽油等燃料潤滑ディーゼルエンジン（１）のエンジン本体（７）に供給され、すす等を含む燃料を早期に消費することができ、噴射ポンプや燃料噴射弁といった噴射系の構成要素に対する影響を緩和することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、軽油等の燃料を潤滑油として兼用する軽油等燃料潤滑ディーゼルエンジンに関するものである。

従来、燃料タンクとディーゼルエンジンとの間に気泡分離を行うリザーバを配設し、そのリザーバとエンジンとの間に潤滑系燃料循環回路と、燃焼系燃料循環回路とを構成した軽油潤滑式ディーゼルエンジンが開示されている（特許文献１）。このような軽油潤滑式ディーゼルエンジンでは、燃料となる軽油がエンジン各部の潤滑剤としても用いられ、エンジン各部を循環する。このため、潤滑専用のオイルは不要であり、オイル交換の手間も省くことができる。

図４は、特許文献１に記載された燃料潤滑式ディーゼルエンジン１００の主として燃料供給部分の概略構成を示した説明図である。燃料潤滑式ディーゼルエンジン１００は、燃料タンク１０１、リザーバタンク１０２、オイルパン１０３を備えている。燃料タンク１０１とリザーバタンク１０２とは、セジメンタ（油水分離器）１０４、供給ポンプ（送油ポンプ）１０５を備えた油路１０６により連通している。

燃料潤滑式ディーゼルエンジン１００は、潤滑剤の供給を必要とするエンジン各部１０７へ潤滑剤としての燃料を供給する潤滑系燃料循環回路１０８を有している。この潤滑系燃料供循環回路１０８には、冷却器１１２、フィルタ１０９、潤滑ポンプ１１０が配設されており、潤滑ポンプ１１０を駆動することにより燃料をリザーバタンク１０２から吸い上げてエンジン各部１０７へ供給している。エンジン各部１０７へ供給された後の燃料は、オイルパン１０３内へ流下し、スカベンジポンプ１１１により吸い上げられて再びリザーバタンク１０２へ戻されるようになっている。

また、燃料潤滑式ディーゼルエンジン１００は、筒内へ燃料を噴射する噴射系１１４へ燃料を供給する燃焼系燃料循環回路１１３を有している。この燃焼系燃料循環回路１１３には、前記潤滑系燃料循環回路１０８と共通の冷却器１１２、フィルタ１１５、噴射ポンプ１１６が配設されており、噴射ポンプ１１６を駆動することにより燃料をリザーバタンク１０２から吸い上げて噴射系１１４へ供給している。噴射系１１４に供給された燃料のうち、燃焼に供されなかった燃料は再びリザーバタンク１０２へ戻される。

このように特許文献１に記載された燃料潤滑式ディーゼルエンジン１００は、潤滑系燃料循環回路１０８と燃焼系燃料循環回路１１３の二系統の燃料循環回路を有している。

一方、従来のディーゼルエンジンでは、排気ガスを浄化するため触媒の機能を高める機構として、触媒に燃料を添加して温度を高め、触媒の機能を向上させるディーゼル触媒（排気浄化装置）の提案がされている（特許文献２）。
実開昭６０−１９４１１２号公報 特開２００１−６５３３３号公報

しかしながら、前記のような軽油潤滑式ディーゼルエンジン１００では、潤滑系燃料循環回路１０８を流通した燃料と、燃焼系燃料循環回路１１３を流通した燃料とが同一のリザーバタンク１０２へ戻され、燃料タンク１０１から新たに供給された燃料と混合されて、再び潤滑系燃料循環回路１０８、燃焼系燃料循環回路１１３へ供給される構成となっていることから、以下のような不都合が生じると考えられる。

潤滑系燃料循環回路１０８を流通した燃料、燃焼系燃料循環回路１１３を流通した燃料は一旦リザーバタンク１０２内に戻されることから、早期のうちに噴射系１１４で消費されず何度も循環することが考えられる。また、潤滑系燃料循環回路１０８を流通した燃料、燃焼系燃料循環回路１１３を流通した燃料は程度の差こそあれ各回路を流通しているうちに汚れが生じるため、時間が経つにつれ汚れの度合いが進行した燃料が噴射系１１４に供給されるおそれが高まる。あまりに汚れた燃料を噴射系１１４に供給することは噴射弁の噴射性能等に悪影響を及ぼすことが懸念される。

一方、特許文献２に記載されたような排気浄化装置は、効率的な排気浄化を実現すべく、更なる改良の余地がある。

そこで、本発明は、エンジン潤滑系等を潤滑し、すす（スーツ分）等の汚れ成分が混入することが懸念される燃料を早期に消費すると共に、より効率的な排気浄化を実現できる軽油等燃料潤滑ディーゼルエンジンを提供することを課題とする。

かかる課題を達成するための、本発明の軽油等燃料潤滑ディーゼルエンジンは、軽油等の燃料を潤滑油として兼用する軽油等燃料潤滑ディーゼルエンジンであって、排気系に配置されたディーゼル触媒に燃料を添加する燃料添加手段を備え、当該燃料添加手段により添加した燃料を前記ディーゼル触媒におけるＮＯｘ還元用添加剤又は触媒昇温用添加剤として作用させることを特徴としている（請求項１）。ここで、前記燃料添加手段により添加する燃料は、エンジン潤滑系へ供給した後のリターン燃料とすることができる（請求項２）。このような構成とすることにより、エンジン潤滑系を潤滑し、すす等の汚れ成分を含んで汚れているおそれのある燃料を早期に消費することができる。エンジン潤滑系を潤滑した燃料は、前記のようにスーツ等の汚れ成分が混入して汚れている可能性があり、その汚れ成分が筒内へ燃料を噴射する噴射ポンプや噴射弁の微小な噴射孔に詰まる等、噴射系に悪影響を与ることが懸念される。しかし、本発明のような構成とし、このような汚れ成分を含む燃料をディーゼル触媒へ燃料添加手段を介して消費するようにすれば、噴射系への影響を回避することができる。また、汚れ成分を含む燃料を溜め込むことなく次々に消費するので、燃料の汚染、劣化の進行を回避、軽減することができる。
なお、本発明におけるディーゼル触媒とは、従来用いられている種々の形式の触媒を含み、軽油等の燃料をＮＯｘ還元用添加剤又は触媒昇温用添加剤として使用するものであれば、どのようなものであってもよい。
このようなディーゼル触媒への燃料の添加は、ディーゼル触媒へ燃料を直接添加する構成とすることもできるし、当該ディーゼル触媒の上流側の排気通路へ燃料を添加する構成とすることもできる。

また、一旦潤滑系に供給された燃料は高温となり、このような高温となった燃料を再びエンジン潤滑系や噴射系に供給することは望ましくない場合があるが、本発明の構成とすれば、一旦エンジン潤滑系に供給されて高温となった燃料は、デューゼル触媒で消費されるので、高温となった燃料がエンジン潤滑系や噴射系に再び供給されるおそれを軽減することができる。
なお、このような軽油等燃料潤滑ディーゼルエンジンでは、エンジン潤滑系へ供給した後のリターン燃料だけでなく、噴射系のリターン燃料もディーゼル触媒に供給するように構成することもできる。

このような軽油等燃料潤滑ディーゼルエンジンでは、ターボ過給器を装着し、前記燃料添加手段を当該ターボ過給器の上流に配設した構成とすることができる（請求項３）。このようにターボ過給器を装着した構成とし、燃料添加手段をターボ過給器の上流に配設すれば、燃料添加手段によって添加された燃料をターボ過給器によって撹拌して微粒化し、排気ガスとの混合を促進することができる。燃料と排気ガスとの混合を促進することができれば、ディーゼル触媒における燃料の反応性を高めることができ、ディーゼル触媒の浄化機能を向上させることができる。また、このようにターボ過給器の上流に配設する燃料添加手段は、シリンダヘッドに配設することが可能となり、このような燃料添加手段を、ウォータジャケットを流通するエンジン冷却水により冷却することができる。

また、上記のような軽油等燃料潤滑ディーゼルエンジンでは、ターボ過給器を装着し、前記燃料添加手段は当該ターボ過給器と前記ディーゼル触媒との間に配設した構成とすることもできる（請求項４）。すなわち、前記のように燃料添加手段をターボ過給器の上流に配設するのではなく、ターボ過給器の下流に配設し、排気ガス流路の上流側から順にターボ過給器、燃料添加手段、ディーゼル触媒の順に配設することもできる。このような構成とした場合であっても、ターボ過給器の下流に添加する燃料は潤滑後のものであり、高温となっていることから霧化は良好である。従って、排気ガスとの混合も良好であり、ディーゼル触媒における燃料の反応性、ディーゼル触媒における高い浄化機能を確保することができる。また、ターボ過給器の下流に燃料を添加するようになるため、添加した燃料がＥＧＲ系に回り込むことがなくターボインペラや、可変ノズル（ＶＮ）へのデポジット付着等を抑制することができる。また、これに伴って、排気系の設計自由度が増すという利点もある。

また、ターボ過給器の上流側に燃料添加手段を配設した場合と比較して、ディーゼル触媒により近い位置で燃料を添加することになるので、ディーゼル触媒への燃料添加のタイミングが制御し易く、燃料添加のレスポンスも向上し、触媒床温の管理、例えば、Ｆ／Ｂ制御等が容易となる。

このような軽油等燃料潤滑ディーゼルエンジンでは、エンジン潤滑系から戻された燃料を前記燃料添加手段へ供給する添加燃料供給経路にフィルタを配設し、当該フィルタにより浄化した燃料を噴射系及び／又は前記エンジン潤滑系に供給すると共に、前記フィルタにより捕捉した汚れ成分を含む燃料を前記燃料添加手段に供給する構成とすることもできる（請求項５）。このように構成した軽油等燃料潤滑ディーゼルエンジンでは、フィルタで捕捉したすす等の汚れ成分が含まれる燃料が燃料添加手段によってディーゼル触媒に添加されることになるが、燃料共存のすす分が起爆剤の役割を果たすことが期待され、汚れ成分を含んでいない燃料のみを添加する場合と比較して、触媒温度の早期昇温が可能となる。

本発明によれば、軽油等燃料潤滑ディーゼルエンジンにおける燃料、特にエンジン潤滑系へ供給した後のリターン燃料をディーゼル触媒に添加して早期に消費するようにしたので、エンジン潤滑系や噴射系に供給される燃料の汚れ、劣化を抑制することができる。これにより、筒内に供給される燃料、潤滑油としてエンジン潤滑系に供給される燃料を劣化比率の低い状態で利用することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。

図１は、実施例１の軽油等燃料潤滑ディーゼルエンジン（以下、「エンジン」という）１の概略構成を示した説明図である。エンジン１は、燃料タンク２、オイルパン３を備えている。燃料タンク２とオイルパン３とは燃料供給経路４によって連通している。この燃料供給経路４にはセジメンタ５、電動供給ポンプ６が配設されており、この電動供給ポンプ６により燃料タンク２からオイルパン３へ燃料が供給されるようになっている。ここで、オイルパン３は、シリンダブロックの下部に一体的に設けられたものを指すが、別置きのオイルタンクであってもよい。

エンジン１は、エンジン潤滑系、すなわち潤滑剤の供給を必要とするエンジン本体７の各部、例えば、クランク軸周りや、シリンダヘッド周りへ潤滑剤としての燃料を供給する潤滑系燃料供給経路８を有している。この潤滑系燃料供給経路８にはフィルタ９、５０〜４００ｋＰａ程度の圧力で燃料を圧送可能な潤滑ポンプ１０が配設されており、潤滑ポンプ１０を駆動することにより燃料をオイルパン３から吸い上げてエンジン本体７の各部へ供給している。

また、エンジン１は、潤滑系燃料供給経路８を通じてエンジン本体７の各部へ供給された燃料をオイルパン３へ戻す潤滑系燃料リターン経路１１を有している。

さらに、エンジン１は、コモンレール１２を介してオイルパン３内の燃料を筒内へ噴射させるための噴射系燃料供給経路１３を有している。この噴射系燃料供給経路１３には、フィルタ１４、１０ＭＰａ以上の高圧で燃料を圧送可能な噴射ポンプ１５が配設されており、噴射ポンプ１５を駆動することにより燃料をオイルパン３から吸い上げてコモンレール１２へ供給している。

また、エンジン１は、エキゾーストマニホールド（エキマニ）から延びる配管１６にＥＧＲクーラ１７、ＥＧＲ弁１８を備えており、ＥＧＲガスを再びエンジン本体７の筒内へ噴射するようになっている。

また、エンジン１は、ターボ過給器１９を備えており、このターボ過給器１９の吸気タービン１９ａ側から延びる配管２０には、インタークーラ２１、スロットル弁２２が配設されており、エンジン本体７のインテークマニホールド（インマニ）に加給された新気が供給されるようになっている。一方、ターボ過給器１９の排気タービン１９ｂ側から延びる配管２３には、排気ガスの浄化を行うディーゼル触媒２４が装着されている。また、配管２３には、ターボ過給器１９とディーゼル触媒２４との間、すなわちターボ過給器１９の下流側に、本発明における燃料添加手段をなす燃料添加弁２５が装着されている。この燃料添加弁２５には、オイルパン３から燃料を吸い上げるフィードポンプ２６が接続されて添加燃料供給経路２７が形成されており、このフィードポンプ２６によって吸い上げられた燃料が燃料添加弁２５を介してディーゼル触媒２４に供給されるようになっている。燃料添加弁２５から添加された燃料は、ＮＯｘ還元用添加剤又は触媒昇温用添加剤として作用するもので、ディーゼル触媒２４における排気ガスの浄化作用を向上させることができる。

ここで、燃料添加弁２５により添加される燃料には、すす（スーツ分）が混入している。これは、エンジン１は、オイルパン３内の燃料を潤滑剤としてエンジン本体７の各部に供給し、潤滑後の潤滑系リターン燃料を、潤滑系燃料リターン経路１１を通じて再びオイルパン３へ戻しているためである。このようにオイルパン３内にはエンジン本体７の各部を潤滑し、汚れた燃料が貯留されることとなるが、燃料添加弁２５を通じて順次ディーゼル触媒２４で消費するので、噴射ポンプ１５や図示しない噴射弁への影響を軽減、回避することができる。また、燃料の汚染、劣化の進行を回避、軽減することができる。
このような燃料添加弁２５は、エンジン本体７の筒内へ噴射する噴射弁と比較して噴射孔の径は大きくて良く、すすが噴射孔に詰まるなどして噴射性能、噴射効率が低下するおそれは少ない。

また、一旦エンジン本体７の各部に供給されて高温となった燃料は次々とディーゼル触媒２４で消費され、オイルパン３には燃料タンク２内の温度の低い燃料が供給されるようになるから、オイルパン３内の燃料の温度が過上昇することを回避することができる。

但し、オイルタンク３内の燃料は適度に高温となるので燃料添加弁２５から添加される燃料の霧化は良好であり、排気ガスとよく混合された状態となり、ディーゼル触媒２４における燃料の反応性、ディーゼル触媒における高い浄化機能を確保することができる。

次に、本発明の実施例２について図２を参照しつつ説明する。実施例２のエンジン３０が、実施例１のエンジン１と異なる点は、エンジン３０が、実施例１における添加燃料供給経路２７のフィードポンプ２６と燃料添加弁２５との間にフィルタ３１が配設されている点、このフィルタ３１から潤滑系燃料供給経路３２が分岐している点である。

このような構成のエンジン３０では、フィルタ３１により浄化した燃料をエンジン本体７の各部（エンジン潤滑系）に供給し、一方、フィルタ３１により捕捉した汚れ成分を多く含む燃料を、燃料添加弁２５を介してディーゼル触媒２４に供給することとなる。

このような構成とすることにより、フィルタ３１で捕捉したすすが起爆剤の役割を担い、ディーゼル触媒２４の早期昇温が可能となる。

なお、他の構成については実施例１のエンジン１と同様であるので、共通する構成要素については図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。

次に、本発明の実施例３について図３を参照しつつ説明する。実施例３のエンジン３５が、実施例１のエンジン１と異なる点は、燃料添加弁３６をターボ過給器１９の上流側に配置した点である。

このようにターボ過給器１９の上流側に配置された燃料添加弁３６から添加される燃料はターボ過給器１９から延びる配管２３を通じてディーゼル触媒２４に供給される。このとき、燃料は、排気タービン１９ｂにより撹拌、微粒化され、排気ガスと混合されてディーゼル触媒２４に供給されることになるから、ディーゼル触媒２４の浄化機能を向上させることができる。

他の構成は、実施例１のエンジン１と同様であるので、共通する構成要素については図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。

上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。

実施例１の軽油等燃料潤滑ディーゼルエンジンの概略構成を示した説明図である。 実施例２の軽油等燃料潤滑ディーゼルエンジンの概略構成を示した説明図である。 実施例３の軽油等燃料潤滑ディーゼルエンジンの概略構成を示した説明図である。 従来の燃料潤滑式ディーゼルエンジンの主として燃料供給部分の概略構成を示した説明図である。

符号の説明

１、３０、３５ エンジン
２ 燃料タンク
３ オイルパン
４ 燃料供給経路
５ セジメンタ
６ 電動供給ポンプ
７ エンジン本体
８ 潤滑系燃料供給経路
９、１４、３１ フィルタ
１０ 潤滑ポンプ
１１ 潤滑系リターン経路
１２ コモンレール
１３ 噴射系燃料供給経路
１５ 噴射ポンプ
１７ ＥＧＲクーラ
１８ ＥＧＲ弁
１９ ターボ過給器
２１ インタークーラ
２２ スロットル弁
２４ ディーゼル触媒
２５、３６ 燃料添加弁
２６ フィードポンプ

Claims (5)

1. 軽油等の燃料を潤滑油として兼用する軽油等燃料潤滑ディーゼルエンジンであって、
   排気系に配置されたディーゼル触媒に燃料を添加する燃料添加手段を備え、
   当該燃料添加手段により添加した燃料を前記ディーゼル触媒におけるＮＯｘ還元用添加剤又は触媒昇温用添加剤として作用させることを特徴とした軽油等燃料潤滑ディーゼルエンジン。
2. 請求項１記載の軽油等燃料潤滑ディーゼルエンジンにおいて、
   前記燃料添加手段により添加する燃料は、エンジン潤滑系へ供給した後のリターン燃料であることを特徴とする軽油等燃料潤滑ディーゼルエンジン。
3. 請求項１又は２記載の軽油等燃料潤滑ディーゼルエンジンにおいて、
   ターボ過給器を装着し、前記燃料添加手段は当該ターボ過給器の上流に配設したことを特徴とする軽油等燃料潤滑ディーゼルエンジン。
4. 請求項１又は２記載の軽油等燃料潤滑ディーゼルエンジンにおいて、
   ターボ過給器を装着し、前記燃料添加手段は当該ターボ過給器と前記ディーゼル触媒との間に配設したことを特徴とする軽油等燃料潤滑ディーゼルエンジン。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項記載の軽油等燃料潤滑ディーゼルエンジンにおいて、
   エンジン潤滑系から戻された燃料を前記燃料添加手段へ供給する添加燃料供給経路にフィルタを配設し、当該フィルタにより浄化した燃料を噴射系及び／又は前記エンジン潤滑系に供給すると共に、前記フィルタにより捕捉した汚れ成分を含む燃料を前記燃料添加手段に供給することを特徴とした軽油等燃料潤滑ディーゼルエンジン。
   

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