JP3916711B2 - Fuel supply method for diesel engine - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、船舶やトラックなどの原動機として用いられるディーゼルエンジンの燃料供給方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、本発明者らは、従来の石油系液体化石燃料等に代わる新しい燃料として、クリーンで熱効率に優れたエマルジョン燃料を開発し、多くの分野で注目を浴びている(特願平7−273110号等)。
【0003】
このエマルジョン燃料は、合成アニオン系界面活性剤と蒸留水のムース状乳化剤と、灯油、軽油等の石油系液体燃料材とからなる濃縮エマルジョン燃料材に、容量比で1〜2倍程度の水を混合攪拌してなるものであり、単独燃焼で高い燃焼熱を発生することができると共に、燃焼時における排ガス中の煤塵や窒素酸化物が極めて少なく、長期間の保存でも安定で、かつ熱効率に優れている等といった特長を有している。
【0004】
そして、現在、本発明者らはこのような優れたエマルジョン燃料を、例えば、火力発電所のボイラーや、ガスタービン、ディーゼルエンジン等の燃料として利用すべく効果的に燃焼させる方法を鋭意研究開発している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このエマルジョン燃料をディーゼルエンジンの燃料として従来の灯油などの石油系液体化石燃料に代えて使用できれば、クリーンな排ガスが得られると同時に、エンジンの出力も簡単に上昇することができる。
【0006】
しかしながら、このエマルジョン燃料は多くの水分を含有していることから、軽油などの液体化石燃料よりも高い着火温度(400℃以上)を要するため、そのまま単独でディーゼルエンジンの燃料として用いると、シリンダ内の温度が低下した状態では着火爆発が行われず、エンジンを安定して運転することができないといった問題がある。
【0007】
そこで、本発明はこのような課題を有効に解決するために案出されたものであり、その目的は、本発明者らが開発した優れた特長を有するエマルジョン燃料をディーゼルエンジンへの燃料として効果的に利用することができる新規なディーゼルエンジンの燃料供給方法を提供するものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、ディーゼルエンジンのシリンダヘッドに、軽油等の液体化石燃料を霧化してシリンダ内に噴射する液体化石燃料用噴射ノズルと、界面活性剤と液体化石燃料と水とを主成分とするエマルジョン燃料を霧化して上記シリンダ内に噴射するエマルジョン燃料噴射ノズルを設け、ピストンが圧縮上死点に達したときに上記液体化石燃料用噴射ノズルから液体化石燃料を噴射して燃焼させ、その燃焼熱によって上記シリンダ内の温度がエマルジョン燃料の着火温度以上に上昇し且つ上記ピストンが降下し始めたときに上記エマルジョン燃料用噴射ノズルからエマルジョン燃料を噴射してこれを燃焼させるようにしたものである。
【0009】
これによって、本発明者らが開発したエマルジョン燃料をディーゼルエンジンの燃料として、使用することが可能となり、排気ガスの清浄化及びエンジン出力のアップ等が達成できる。
【0010】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を実施する好適一形態を添付図面を参照しながら説明する。
【0011】
図1は本発明方法に係るディーゼルエンジンの実施の一形態を示すものであり、図中1はシリンダ2を形成するシリンダブロック、3はこのシリンダ2内を上下動するピストン、4はこのピストン3の動きを図示しないクランクシャフトに伝えるピストンロッド、5はこのシリンダ2の上部に設けられるシリンダヘッドである。
【0012】
このシリンダヘッド5にはシリンダ2内に連通する吸気ポート6と排気ポート7が形成されており、さらに、この吸気ポート6と排気ポート7には、図示しないカムによって連動するバルブ8,9がそれぞれ設けられている。
【0013】
また、このシリンダヘッド5の中央部には、液体化石燃料(軽油,重油等)Kを霧化してシリンダ2内に噴射する液体化石燃料用噴射ノズル10と、本発明者らが開発した新規なエマルジョン燃料Eを霧化してシリンダ2内に噴射するエマルジョン燃料用噴射ノズル11が設けられており、さらに、これら液体化石燃料用噴射ノズル10及びエマルジョン燃料噴射ノズル11には、液体化石燃料Kを供給する液体化石燃料供給手段12と、エマルジョン燃料Eを供給するエマルジョン燃料供給手段13がそれぞれ接続されている。
【0014】
この液体化石燃料供給手段12は、液体化石燃料用噴射ノズル10に液体化石燃料Kを圧送する噴射ポンプ20と、液体化石燃料Kを溜める燃料タンク15と、燃料タンク15内の液体化石燃料Kを噴射ポンプ20に供給するフィーダポンプ16と、液体化石燃料Kを濾過するフュエルフィルター17とを燃料供給ライン18及びオーバーフローライン19で接続したものであり、アクセル開度に応じた適量の液体化石燃料Kを液体化石燃料用噴射ノズル10側に供給できるようになっている。
【0015】
一方、エマルジョン燃料供給手段13も同様に、エマルジョン燃料用噴射ノズル11にエマルジョン燃料Eを圧送する噴射ポンプ24と、エマルジョン燃料Eを溜める燃料タンク21と、燃料タンク21内のエマルジョン燃料Eを噴射ポンプ24に供給するフィーダポンプ22と、エマルジョン燃料Eを濾過するフュエルフィルター23とを燃料供給ライン22及びオーバーフローライン23で接続したものであり、アクセル開度に応じた適量の軽油Eをエマルジョン燃料噴射ノズル11側に供給できるようになっている。尚、これらフィーダポンプ16,22、噴射ポンプ20,24は、従来と同様、図示しないクランクシャフトに連動する燃料噴射用カムによって駆動されるようになっている。また、噴射ポンプ20には複数の燃料供給ラインが接続されており、一つの噴射ポンプによって燃料タンク内の燃料を各シリンダへ分配して供給できるようになっている。
【0016】
また、燃料タンク21内に貯溜されているエマルジョン燃料Eは、上述したように本発明者らが新規に開発したものであり、アニオン系界面活性剤からなる乳化剤と、灯油や軽油などの石油系の液体化石燃料と、水を主成分とするものである(特願平7−273110号)。
【0017】
具体的には、アニオン系界面活性剤のアルキルエーテル硫酸エステルナトリウムとアルキルベンゼン酸ナトリウムとの混合液である合成アニオン系界面活性剤溶液、又は同じくアニオン系界面活性剤のポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸ナトリウム塩とアルファオレフィンスルホン酸ナトリウム塩との混合液である合成アニオン系界面活性剤溶液に、蒸留水を投入攪拌して気泡性を均一に含有するムース状乳化剤を形成すると共に、このムース状乳化剤に、灯油や軽油等の石油系液体燃料を混入攪拌してゲル状の濃縮エマルジョン燃料原液を製造した後、この濃縮エマルジョン燃料原液に、容量比で1.0〜2.0倍の水を混入攪拌してなるものである。そして、このようにして得られたエマルジョン燃料Eは、長期の保存でも分離することなく、化学的安定性に優れ、かつ燃焼後は他の加熱手段や燃料を用いることなく、従来の石油系液体燃料と同様に、単独燃焼で最高約1000℃以上の高い燃焼熱を発生すると共に、クリーンな燃焼排ガスを排出できる等といった優れた点が既に本発明者らの行った実験の結果、明らかとなっている。
【0018】
次に、このような構成をしたディーゼルエンジンを用いて本発明の燃料供給方法を説明する。
【0019】
先ず、図2(A)に示すように、ピストン3がシリンダ2内を降下すると、これに連動してカム8が降下して吸気ポート6が開き、空気がその負圧によって吸気ポート6からシリンダ2内に流入する。次に、ピストン3が下死点から上昇に転じると、吸気ポート6が閉じてシリンダ3内の空気が圧縮され、図2(B)に示すように、ピストン3が上死点に達し、圧縮が最大になったときに液体化石燃料用噴射ノズル10から液体化石燃料(軽油)Kを霧化してシリンダ3内に噴き出すと、その圧縮によって高温になった空気によって気化した液体化石燃料Kが着火爆発し、その燃焼熱によってシリンダ3内の温度が1500℃以上に上昇すると同時に発生する燃焼ガスの膨張圧によってピストン3が降下し始める。次に、図2(C)に示すように、この降下が始まった直後(上死点から5〜7mm)にエマルジョン燃料用噴射ノズル11からエマルジョン燃料Eを最高温度になった中心点に噴き出すと、シリンダ2内の高熱によって気化したエマルジョン燃料Eが着火し爆発燃焼し、その際発生する高い温度の燃焼ガスがシリンダ2内で膨張し、ピストン3をさらに強く降下させることになる。
【0020】
すなわち、本発明は、ピストン3が上死点に達した際(圧縮終了直後)に、先ず、従来と同様に液体化石燃料Kをシリンダ2内に噴き出してこれを燃焼爆発させてシリンダ2内の温度を約1500℃以上、すなわち、エマルジョン燃料Eの着火温度以上に上昇させ、その爆発によってピストン3が降下し始めた直後に、高温となったシリンダ2内にエマルジョン燃料Eを噴射してこれを高温ガス化燃焼爆発させ、高い燃焼熱によって大きな膨張エネルギを発生させるようにしたものである。そして、爆発の瞬間、その中心部(核)は超真空状態にあるので、その中心部にエマルジョン燃料を噴射すると、炭素、水素、酸素の原子の引張り、反発エネルギーで強大なエネルギーを発生し、出力が向上することになる。また、この作用により、ターボチャージャー等の過給器を利用した場合に比べ、大きな出力が得られると共に、排ガス中のNOx、煤塵が著しく減少する。また、水分を多く含んだエマルジョン燃料は従来の液体化石燃料の爆発燃焼により、シリンダー内の温度が高温(1500℃以上)になった直後にその中心部に噴射するのでエマルジョン燃料中の水分が瞬時にガス化膨張燃焼するので、エンジン内部に水分が残留せず、エンジン腐食などの悪影響はない。従って、従来の初期爆発燃焼用の液体化石燃料の供給量を減少(1/3)しても連続運転が可能であり、かつ出力も向上する。
【0021】
その後、このエマルジョン燃料Eの燃焼は、ピストン3が下死点に達した時に終了し、シリンダ2内がこの燃焼によって図2(D)に示すように燃焼排ガスGで満たされた状態となった後、この燃焼排ガスGが図2(E)に示すようにピストン3の上昇に伴って排気ポート7から排気されることになる(図2(F))。
【0022】
そして、図2(F)に示す状態を経て図2(A)に示すような状態に戻ることで、ピストン3の往復動作が繰り返されることになる。尚、このピストン3の往復動はピストンロッド4を介して図示しないクランクシャフトに伝えられ、ここで回転運動に転換された後、バルブ8,9や燃料噴射ポンプ20,24等のカムシャフトやカム等を駆動する動力源、及び車体や船体等を動かすための動力源として利用されることはいうまでもない。
【0023】
このように本発明は、液体化石燃料Kと共にエマルジョン燃料Eを効果的に燃焼爆発ことが可能となることから、熱効率に優れると共に、クリーンな排ガスを発生するエマルジョン燃料をディーゼルエンジンの燃料として有効に用いることができる。また、本発明方法における液体化石燃料Kの燃焼爆発は、シリンダ2内の温度をエマルジョン燃料Eの着火温度以上に上昇させるのがその主目的であることから、その供給量は従来よりも大幅に少なくすることができるため、発生する排ガス中の汚染物質の含有率を極めて低くすることができる。
【0024】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、本発明者らが開発したクリーンで安価なエマルジョン燃料をディーゼルエンジンの燃料として用いることができるため、環境保護に寄与できると共に経済性が向上し、かつエンジン出力のアップが図れる等といった優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明方法を実施するディーゼルエンジンの実施の一形態を示す構成図である。
【図2】本発明方法の実施の一形態を示す4サイクル工程図である。
【符号の説明】
1 シリンダブロック
2 シリンダ
3 ピストン
5 シリンダヘッド
10 液体化石燃料用噴射ノズル
11 エマルジョン燃料用噴射ノズル
12 液体化石燃料供給手段
13 エマルジョン燃料供給手段
K 液体化石燃料(軽油、重油等)
E エマルジョン燃料[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel supply method for a diesel engine used as a prime mover for ships, trucks and the like.
[0002]
[Prior art]
In recent years, the present inventors have developed an emulsion fuel that is clean and excellent in thermal efficiency as a new fuel that replaces a conventional petroleum-based liquid fossil fuel or the like, and has attracted attention in many fields (Japanese Patent Application No. 7-273110). Issue).
[0003]
This emulsion fuel is a concentrated emulsion fuel material composed of a synthetic anionic surfactant, a mousse emulsifier of distilled water, and a petroleum-based liquid fuel material such as kerosene or light oil. It is made by mixing and stirring, can generate high combustion heat by single combustion, has very little dust and nitrogen oxide in exhaust gas during combustion, is stable even for long-term storage, and has excellent thermal efficiency It has features such as.
[0004]
At present, the present inventors have earnestly researched and developed a method for effectively burning such an excellent emulsion fuel to be used as a fuel for boilers, gas turbines, diesel engines, etc. of thermal power plants. ing.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, if this emulsion fuel can be used as a diesel engine fuel in place of a conventional petroleum-based liquid fossil fuel such as kerosene, clean exhaust gas can be obtained and the output of the engine can be easily increased.
[0006]
However, since this emulsion fuel contains a large amount of water, it requires a higher ignition temperature (400 ° C. or higher) than liquid fossil fuels such as light oil. When the temperature of the engine is lowered, there is a problem that ignition and explosion are not performed and the engine cannot be stably operated.
[0007]
Therefore, the present invention has been devised in order to effectively solve such problems, and its purpose is to use an emulsion fuel having excellent features developed by the present inventors as a fuel for a diesel engine. The present invention provides a fuel supply method for a new diesel engine that can be used in a practical manner.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention provides a liquid fossil fuel injection nozzle for atomizing liquid fossil fuel such as light oil into a cylinder head of a diesel engine and injecting the liquid fossil fuel into a cylinder, a surfactant, liquid fossil fuel, and water. is atomized emulsion fuel composed mainly of bets is provided an emulsion fuel injection nozzle for injecting into the cylinder, the piston will eject liquid fossil fuel from the injection nozzle for the liquid fossil fuel when it reaches the compression top dead center burned Te, the temperature inside the cylinder to burn this by injecting an emulsion fuel from the emulsions fuel injection nozzle when the rising and the piston above the ignition temperature of the emulsion fuel began to drop by its combustion heat It is what I did.
[0009]
As a result, the emulsion fuel developed by the present inventors can be used as the fuel for the diesel engine, and the exhaust gas can be cleaned and the engine output can be increased.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, a preferred embodiment for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0011]
FIG. 1 shows an embodiment of a diesel engine according to the method of the present invention, in which 1 is a cylinder block forming a
[0012]
The
[0013]
Further, in the central portion of the
[0014]
The liquid fossil fuel supply means 12 includes an
[0015]
On the other hand, the emulsion fuel supply means 13 similarly includes an
[0016]
Further, the emulsion fuel E stored in the fuel tank 21 has been newly developed by the present inventors as described above, and includes an emulsifier made of an anionic surfactant and a petroleum system such as kerosene or light oil. Liquid fossil fuel and water (Japanese Patent Application No. 7-273110).
[0017]
Specifically, a synthetic anionic surfactant solution, which is a mixed solution of an alkyl surfactant sodium alkyl ether sulfate and sodium alkylbenzene acid, or polyoxyethylene alkyl ether sulfate sodium salt, which is also an anionic surfactant And a synthetic anionic surfactant solution that is a mixed solution of sodium olefin sulfonate and distilled water are added and stirred to form a mousse-like emulsifier that uniformly contains foaming properties. After mixing and stirring petroleum-based liquid fuel such as kerosene and light oil to produce a concentrated concentrated emulsion fuel stock solution, 1.0 to 2.0 times the volume ratio of water is mixed and stirred into this concentrated emulsion fuel stock solution. It will be. The emulsion fuel E thus obtained is not separated even during long-term storage, has excellent chemical stability, and does not use any other heating means or fuel after combustion. As in the case of the fuel, the superior point of generating high combustion heat of about 1000 ° C. or more by single combustion and exhausting clean combustion exhaust gas has been clarified as a result of experiments already conducted by the present inventors. ing.
[0018]
Next, the fuel supply method of the present invention will be described using the diesel engine having such a configuration.
[0019]
First, as shown in FIG. 2 (A), when the
[0020]
That is, according to the present invention, when the
[0021]
Thereafter, the combustion of the emulsion fuel E is finished when the
[0022]
Then, after returning to the state shown in FIG. 2A through the state shown in FIG. 2F, the reciprocating operation of the
[0023]
As described above, the present invention enables effective combustion and explosion of the emulsion fuel E together with the liquid fossil fuel K, so that the emulsion fuel that is excellent in thermal efficiency and generates clean exhaust gas is effectively used as the fuel for the diesel engine. Can be used. The main purpose of the combustion explosion of the liquid fossil fuel K in the method of the present invention is to raise the temperature in the
[0024]
【The invention's effect】
In short, according to the present invention, the clean and inexpensive emulsion fuel developed by the present inventors can be used as the fuel for the diesel engine, which can contribute to environmental protection, improve the economy, and increase the engine output. Excellent effects such as can be achieved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of a diesel engine for carrying out the method of the present invention.
FIG. 2 is a 4-cycle process diagram showing an embodiment of the method of the present invention.
[Explanation of symbols]
1
10 Injection nozzle for liquid fossil fuel
11 Ejection nozzle for emulsion fuel
12 Liquid fossil fuel supply means
13 Emulsion fuel supply means K Liquid fossil fuel (light oil, heavy oil, etc.)
E Emulsion fuel
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