JP2688572B2 - デュアルフューエル・ディーゼル機関のlpガス供給方法 - Google Patents

デュアルフューエル・ディーゼル機関のlpガス供給方法

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JP2688572B2
JP2688572B2 JP3015791A JP1579191A JP2688572B2 JP 2688572 B2 JP2688572 B2 JP 2688572B2 JP 3015791 A JP3015791 A JP 3015791A JP 1579191 A JP1579191 A JP 1579191A JP 2688572 B2 JP2688572 B2 JP 2688572B2
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車用、コージェネ
レーション用等のディーゼル機関において、排ガスの浄
化、並びに各種エネルギーの有効利用を行うことができ
るデュアルフューエル・ディーゼル機関のLPガス供給
方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、エネルギーの有効利用の面から、
自動車用、コージェネレーション用エンジンの高効率
化、低公害化の研究開発が盛んに行われており、かつ燃
料多様化の傾向も見られる。
【0003】特に、供給と需要の関係から絶えず過剰状
態にあるLPガスのブタン燃料等の利用が望まれている
が、このブタン燃料をディーゼル機関の副燃料として吸
気管へ供給しようとすると、種々の問題がある。
【0004】例えば、このような副燃料を用いる場合、
通常はキャブレタ方式で副燃料をガス化して供給する
が、ノッキングが生じることから、副燃料を3割程度以
下にする必要があるといわれている。また、ディーゼル
機関から排出される煤を大幅に低減して、触媒による排
気ガスの浄化を可能にするためには、空気と燃料との混
合割合の正確なコントロールが必要であるが、そのため
に燃料噴射弁によりLPガス燃料の噴射を行うと、LP
ガスの気化潜熱が比較的大きいことから、ノズルの周辺
の温度が低下して、吸気管内を流れるガス中の水分がそ
のノズルの周辺に氷結することになる。この現象は、一
般にアイシングと呼ばれ、このアイシングのためにLP
ガスの噴射は困難とされている。
【0005】しかしながら、なるべく多くの副燃料をノ
ックを起こさずに安定的に高圧縮下で燃焼させる手段の
確立が望まれ、しかも、その際にエンジンの高効率化、
低公害化の達成を配慮することも必然的に要望されてい
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述した実情に鑑み、
本発明は、絶えず過剰状態にあるLPガスに着目し、そ
の物性を有効に利用してディーゼル燃焼を行わせ、高効
率、低公害なエンジンシステムを提供しようとするもの
であり、特に、ディーゼル機関の吸気管内へLPガスの
噴射を行うデュアルフューエル・ディーゼル機関におい
て、燃料噴射弁からのLPガスの噴射供給を可能にする
と同時に、多量の副燃料をノックを起こさずに安定的に
高圧縮下で燃焼させる手段を確立し、それによってエン
ジンの高効率化を実現すると共に、ディーゼル機関から
排出される煤の大幅な低減により触媒の使用による低公
害化の達成を実現可能にすることにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明のLPガス供給方法は、ディーゼル機関の吸気
管内へLPガスの噴射を行うデュアルフューエル・ディ
ーゼル機関において、LPガスの燃料噴射弁を燃焼室に
近接した位置に配設して、燃焼室で発生する熱によりア
イシングを抑止し、且つ上記燃料噴射弁を吸気弁の開弁
に同期して開放させ、その燃料噴射弁からのLPガス
を、上記吸気管を燃焼室に開口させるための吸気弁の弁
体に向けて直接液状噴射させることを特徴とするもので
ある。
【0008】
【作用】上記デュアルフューエル・ディーゼル機関にお
いては、燃料噴射弁をエンジンの燃焼室に近接した位置
に配設するため、燃焼室で発生する熱により燃料噴射弁
のノズル周辺におけるアイシングが解消され、燃料噴射
弁の使用による副燃料噴射が可能になって、電子燃料噴
射方式等による空燃費の制御を正確に行うことができ、
三元触媒による排気ガスの浄化が可能になる。
【0009】また、上記燃料噴射弁のノズルから吸気弁
の弁体に向けて燃料を直接液状噴射して衝突させると、
弁体による加熱で燃料の蒸発が促進されるが、基本的に
液状で噴射することから、質量の小さいガスのように早
期に拡散して燃焼室の周壁側のスワール中に流入するこ
とが少なく、主として燃焼室の中心部に滞在してノッキ
ングの抑制に有効に作用し、しかも吸気弁の開閉に同期
させて燃料噴射を行うことにより、充填効率が向上せし
められ、高効率で煤のでない運転を行うことができる。
さらに、燃料噴射弁による副燃料の直接液状噴射によ
り、噴出した副燃料を弁体に衝突させると、副燃料自体
の蒸発と同時に弁体や燃焼室内が冷却され、それによっ
てピストンの圧縮行程における圧縮仕事を低減させるこ
とができる。従って、LPガスを副燃料とするデュアル
フューエル・ディーゼル機関において、多量の副燃料を
ノックを起こさずに安定的に高圧縮下で燃焼させること
が可能になり、エンジンの高効率化及び低公害化も達成
される。
【0010】
【実施例】先ず、図1を参照して、本発明の方法を適用
するデュアルフューエル・ディーゼル機関の構成につい
て説明する。この図1のデュアルフューエル・ディーゼ
ル機関は、ディーゼル機関1の吸気管2内へ副燃料とし
てのLPガス(ブタン燃料)の噴射を行うため、燃料噴
射弁4のノズル5が、吸気管2内において燃焼室3に近
接した位置に配設される。この燃料噴射弁4自体の構造
は、従来から用いられているものと同様で差し支えな
い。また、上記ディーゼル機関1において、上記燃料噴
射弁4に関連する構成以外は、従来から知られているデ
ィーゼル機関の構成と実質的に同様なものとすることが
できる。
【0011】上記燃料噴射弁4は、それを適宜の位置に
設置してノズルからLPガスを噴射すると、前述したア
イシングという問題が発生する。このような問題に対処
するため、上記ディーゼル機関1において、燃料噴射弁
4は、燃焼室3における燃焼により発生する熱で上記ア
イシングを抑止できる程度に、燃焼室3に近接して設置
される。また、上記燃料噴射弁4は、そのノズル5から
噴射されるLPガスが吸気管2を燃焼室3に開口させる
ための吸気弁6の弁体7に向けて噴射されるように、そ
の噴射の向きを吸気弁6の弁体7に向けて設置される。
【0012】この燃料噴射弁4は、吸気弁6の開閉と同
期して、その開弁時に燃焼室3に燃料噴射を行うもので
あり、そのため、コントローラによる電子制御により噴
射時期と噴射時間を任意に調整可能に構成される。ま
た、燃料噴射弁4は上記アイシングの問題を解消できる
ように燃焼室3に近接して設置されるが、吸気弁6の開
弁時に燃料を直接液状噴射して、燃料がシリンダ内に効
果的に入っていくようにするためにも、吸気弁6に対し
てできるだけ近い位置に取付けられる。
【0013】このような燃料噴射弁4の制御により、吸
気弁6の弁体7が下がって空気と共に吸気管2内の燃料
を吸い込むときに、即ち弁体7が開きかけたときに、副
燃料をノズル5から燃焼室3に直接液状噴射すると、噴
出した副燃料が弁体7に直接衝突し、その副燃料自体が
高温の弁体7により加熱されて蒸発すると同時に、逆に
弁体7を冷却しながら燃焼室3に効率的に流入する。燃
焼室3は、ピストンが上がる圧縮行程では、圧縮仕事を
少なくするために冷却されるのが好ましく、このような
液状噴射燃料の蒸発による燃焼室の冷却は、圧縮仕事の
低減のために有効なものである。
【0014】また、上記燃料噴射弁4の電子制御を行う
と、空気と燃料の割合を正確にコントロールすることが
可能となり、それによって排気ガス中の煤の量を大幅に
低減できるため、3元触媒により排気ガス浄化を行うこ
とが可能となり、結果的に低公害化を実現すことができ
る。
【0015】本発明者は、図1に示すようなディーゼル
機関を試作して実験を行い、上述した副燃料のLPガス
供給方法が有効であることを確認している。即ち、基礎
実験としては、噴射ノズルから10msec間噴射した場合の
燃料噴霧の状況の高速度撮影を行い、噴射の初期には速
度が速いが、空気の抵抗のためにその速度が減衰してく
る様子を確かめている。ノズル先端から20cmの位置での
最大流速は、約20m/sec であった。
【0016】図2以下は、上記ノズルを用いたディーゼ
ル機関の運転状況を示している。即ち、図2はエンジン
出力と熱効率の関係を、図3はエンジン出力と燃料の発
熱量(軽油及びブタン)との関係を、図4はエンジン出
力と空気過剰率との関係を、図5はエンジン出力と排煙
濃度との関係を、図6はエンジン出力と排気温度の関係
を、それぞれ示している。いずれの場合も、運転回転数
は1500rpm である。なお、比較例として、軽油のみの場
合のデータも併記しているが、例えば熱効率の最高が約
37%と良好な燃焼をしている。
【0017】軽油+ブタン燃料の場合は、軽油で3.0kW
または7.4kW の一定出力で運転し、ブタン燃料の噴射量
を逐次増加した場合の結果を示すものである。軽油で3.
0kWの運転をした場合には、13kW程度までノッキングを
起こさずに運転することができた。この実験の結果、ブ
タンを副燃料とする燃料噴射を併用した場合、軽油は着
火のみの小量で良いこと明らかとなった。また、軽油で
7.4kW の一定出力で運転し、その後ブタン燃料を増加し
た場合には、軽油による出力アップのため、最大出力が
改善されている。即ち、出力の改善は、軽油とブタン燃
料の割合を調節することによりカバーできる。
【0018】さらに、これらの実験例では、予混合燃焼
をさせているにもかかわらず、圧縮比が高いために、図
2からわかるように、熱効率が30%程度にまで達してい
る。特に注目すべきは、図5に示す実験例であり、同図
によれば、ブタン燃料の噴射を行った場合、煤は出力の
全範囲において全くと言える程度に発生していない。こ
れは、吐煙対策の面からも極めて好ましい実験結果と考
えられる。
【0019】
【発明の効果】以上に詳述した本発明のLPガス供給方
法によれば、ディーゼル機関の吸気管内へLPガスの噴
射を行うデュアルフューエル・ディーゼル機関におい
て、LPガスの物性を有効に利用してディーゼル燃焼を
行わせ、高効率、低公害なエンジンシステムを提供する
ことができ、特に、燃料噴射弁からのLPガスの噴射供
給を可能にすると同時に、多量の副燃料をノックを起こ
さずに安定的に高圧縮下で燃焼させ得るようにしたの
で、エンジンの高効率化を実現すると共に、ディーゼル
機関から排出される煤の大幅な低減により三元触媒の使
用による低公害化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の方法を適用するデュアルフューエル・
ディーゼル機関の構成を示す要部断面図である。
【図2】エンジン出力と熱効率の関係についての実験結
果を示すグラフである。
【図3】エンジン出力と燃料の発熱量(軽油及びブタ
ン)との関係についての実験結果を示すグラフである。
【図4】エンジン出力と空気過剰率との関係についての
実験結果を示すグラフである。
【図5】エンジン出力と排煙濃度との関係についての実
験結果を示すグラフである。
【図6】エンジン出力と排気温度の関係についての実験
結果を示すグラフである。
【符号の説明】
1 ディーゼル機関 2 吸気管 3 燃焼室 4 燃料噴射弁 6 吸気弁 7 弁体

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ディーゼル機関の吸気管内へLPガスの噴
    射を行うデュアルフューエル・ディーゼル機関におい
    て、 LPガスの燃料噴射弁を燃焼室に近接した位置に配設し
    て、燃焼室で発生する熱によりアイシングを抑止し、且
    つ上記燃料噴射弁を吸気弁の開弁に同期して開放させ、
    その燃料噴射弁からのLPガスを、上記吸気管を燃焼室
    に開口させるための吸気弁の弁体に向けて直接液状噴射
    させる、ことを特徴とするデュアルフューエル・ディー
    ゼル機関のLPガス供給方法。
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