JP4495213B2 - ガスエンジン - Google Patents

Description

本発明は、ディーゼルサイクルエンジン、特にガス燃料を用いて作動するディーゼルサイクルエンジンに関する。

近年、ディーゼルサイクルエンジンに対する需要は、特に個人用の自動車分野で大幅に伸びてきている。ディーゼルサイクルエンジンは、燃料消費を改善し自動車にかかる費用を低減する。

しかしながら、ディーゼルエンジンの利用が増加し、窒素酸化物や粒子状物質などのような大気中の汚染物質の大幅な増加をもたらしている。ディーゼルサイクルエンジンは、より燃料節約となるが、窒素酸化物（NO_x）および粒子状物質を、同等の石油、すなわち
ガソリンエンジンよりも高いレベルで放出する。欧州連合の現行のＥＵＲＯ-4規則のような環境規則では、自動車エンジンからの許容エミッションを規定している。今後、提案されているＥＵＲＯ-5規則では、ディーゼルエンジンからの微粒子エミッションについて厳しいレベルを課すことになる。

ディーゼルエンジンの効率を改良してかつエミッションを低減する、すなわちNO_xおよ
び粒子状物質を低減する一つの方法は、ディーゼル燃料を、例えば、プロパン（Ｃ₃Ｈ₈）、メタン（ＣＨ₄）、あるいは天然ガス（メタンが主成分である）のようなガス燃料に置
き換えることである。ガス燃料とは、標準状態で気体である燃料を意味する。それらは、保管のため、および／あるいはエンジンに供給されるときのために液化できることが好ましい。

メタンは、簡単な化学構造を有し、分子は水素４原子に囲まれた炭素１原子を有する。一方、ディーゼルやガソリンのような通常の燃料は、長鎖炭化水素類の混合物からなる複合的な化学組成を有する。通常の燃料はまた、炭素、イオウおよび窒素の比率が高く、ガス燃料ほどきれいに燃焼しない。メタンを燃料として用いたとき、高いレベルのエミッションすなわち粒子状物質を発生しない。

メタンのようなガス燃料はよりきれいに燃焼するうえに、油の埋蔵量より地球上に均一に分散されていて比較的大きな埋蔵量を有する利点もある。
ガス燃料で作動するように改良されたディーゼルサイクルエンジンは、多年にわたり用いられている。しかしながら、ディーゼルサイクルエンジンがガス燃料を用いて作動するようにするためには、大幅な構造変更が必要である。

ディーゼルサイクルエンジンが改良を必要とする主な理由は、燃料に点火して、エンジン内部で燃焼させる方法にある。従来のディーゼルエンジンにおいて、ディーゼル燃料は空気が特定な圧力と温度に圧縮されているシリンダー内に注入されると自然着火する。これは、通常、500℃、45(bar)より高い温度および圧力である。しかしながら、メタンやプロパンのようなガスは、安定な自然発火を確実にするための温度および圧力よりも、さらに高い温度および圧力を必要とする。

普通はディーゼルで動いている自動車、例えば都市バスにガス燃料を使うために、スパークプラグや点火システムを導入して、圧縮比をおよそ15：1に減少することでディーゼ
ルエンジンをスパークイグニッションエンジンに変えることが可能である。圧縮比の減少は、エンジンノックを回避するのに必要である。しかしながら、この変更の結果、通常のガソリンタイプのエンジンとなるので、ディーゼルサイクルエンジンが有する効率に関する利点が失われる。

ガス燃料を用いて作動するようにディーゼルエンジンを改造する他の方法としては、エンジンをパイロットイグニッションに変更することである。典型的なパイロットフェーエルエンジンにおいては、空気を圧縮し、ガスをその圧縮空気中に圧縮ストロークの最後にある噴射装置を通して注入する。二番目の噴射装置によって、燃焼室にパイロットフェーエルが導入される。室内の圧力および温度は、次々にガス／空気の混合物を着火するパイロットフェーエルの自然発火を確実なものとするのに十分である。

このタイプのエンジンにおける燃焼過程は、シリンダーの内部あるいは外部での空気と燃料との混合、圧縮、パイロットフェーエルの注入、燃料の発火、そして燃焼という実質的な多段階過程である。

このタイプのディーゼルエンジンは、複合注入システムを伴う燃焼において（一つはガス用、もう一つはパイロットフェーエル用の）二つの別々の噴射装置を必要とする。その上、それぞれの噴射装置に2種の燃料を供給するためにエンジンの周りに必要とされる補
助装置が、エンジンを通常のディーゼルエンジンよりも大幅に複雑で高価なものにしている。

従って、複雑かまたは大きな噴射装置、あるいは注入システムを必要とせず、ガス燃料を用いて作動することができるディーゼルサイクルエンジンが必要とされている。その上、間近に迫った粒子状物質のエミッションの目標値に適合するように運転することができるディーゼルサイクルエンジンが必要とされている。

例えば、ＷＯ 01／83646には、エミッションを減らすことを目的とする圧縮点火エン
ジンに用いる液化石油ガス燃料（ＬＰＧ）を使った液化ガス燃料が開示されている。それらの燃料は、エミッションの観点でいくつかの利点があるが、他のガス燃料を用いたときの有利な点が、利点にはならない。

本発明の第一は、メタン系ガスおよび点火開始剤の混合物を用いて作動するように構成された圧縮着火エンジンであって、該混合物がエンジンの燃焼室内に噴射されることを特徴とするエンジンを供給するものである。

圧縮着火エンジンが、ディーゼルサイクルエンジンであることが好ましい。
ここで用いる“メタン系ガス”との用語は、標準状態下でガスであり、高い比率のメタンを含む物質を意味する。高い比率のメタンとは、通常、メタン含有量が70％を超えており、より好ましくは80％を超えて、最も好ましくは90％を超えていることを意味する。さらに、より好ましくは、メタン系ガスは、上述の理由から、特に都合の良い燃料である天然ガスである。

高比率のメタンを有するガスでは、ガスを液化することは実用的ではないので、ガスを、超臨界状態の圧力下でエンジンに供給してもよい。
メタン系ガスおよび点火開始剤は、液化ガスの成分あるいは高圧ガス成分、および点火開始剤の成分を含む単一の予混合燃料としてエンジンに供給するのがよい。点火開始剤は、ガス中で“ミスト”として懸濁させることもよい。

ガスは、メタンを有する適当な炭化水素ガスであれば、いかなるものでもよい。ガスは、エタン、プロパン、ブタン、あるいはこれらの混合物のような他のガスを含有していても良い。同様に、他のガス混合物を含有するガス混合物も好適である。

燃料の点火開始剤（点火向上剤であってもよい）の成分は、通常のディーゼルエンジンの場合と同じように、シリンダー内の温度および圧力によって燃焼室で混合物を点火することができる。本発明を用いることで、先行技術におけるパイロットフェーエルエンジンの問題を解決することができる。シリンダーに対して１つの噴射装置だけが必要とされるので、燃焼はより効率的である。本発明は、バスや大型自動車の老朽化したディーゼルエンジンを、容易に液化およびガス状の天然ガス燃料を用いて機能するように変換することを可能とする。

燃焼室内で点火する幅広い種類の物質は、点火開始剤として用いられ、例えば、通常の軽油燃料であってもよい。エンジンの燃焼室内の高温によってフリーラジカルを発生するものが好適に選択され、燃料の酸化を加速し、そして燃焼を開始する。

点火開始剤は、燃料のセタン価を高める作用をするセタン価向上剤を含むことが好ましい。燃料のセタン価は、燃焼室内への燃料の噴射と燃料の点火との間の遅延時間の指示としてよく知られたものである。より高いセタン価は、注入と点火との間の遅延時間が短いことを示唆し、それは、ディーゼルサイクルエンジンで望ましいものである。セタン価向上剤を含むことは、一般的なディーゼル燃料にとって通例である。

セタン価およびその計算については、自動車技術者協会より出版された“自動車の燃料事典-第二版（Automotive Fuels Reference Book - Second Edition）”に記述され、な
らびにMcGraw-Hill社により出版された“燃料フィールドマニュアル-性能上の問題に対する原因と解決方法（Fuel Field Manual - Sources and Solutions to Performance Problems）”に記述されている。

点火開始剤におけるセタン価向上剤の種類および比率は、点火開始剤のセタン価を60超、より好ましくは70超に高めるように選択することが好ましい。しかしながら、80超のセタン価では利点がない。従って、もっとも好ましくは、燃料のセタン価は70〜80の間である。

当然のことながら、望ましいセタン価とするために必要とされるガスに対するセタン価向上剤の比率は、個々に選択されたセタン価向上剤およびガスに依存する。
点火開始剤は、上述したディーゼル燃料の場合のように、純粋なセタン価向上剤であっても、あるいは、セタン価向上剤が混合されたキャリアー液体を含んでいても良い。好ましくは、セタン価向上剤はキャリアーと混和していることである。

キャリアーの使用は、ガスと点火開始剤とを正確な比率で混合するために、エンジンの内部で必要とされる点火開始剤を計量する手助けとなる。
キャリアー液体およびセタン価向上剤は、通常のディーゼルエンジン燃料ポンプを用いて、好適にエンジンに供給することができる。

キャリアー液体は、例えば、ＧＴＬ（ガスツーリキッド - 高セタン価を有する合成
燃料）、ＤＭＥ（ジメチルエーテル）、ＦＡＭＥ（脂肪酸メチルエステル、すなわちＲＭＥ）、ケロセンあるいはガソリンが挙げられる。好ましくは、キャリアー液体は通常のディーゼル燃料である。従って、ディーゼルは、通常の量か、あるいは上記の好ましいセタン価とするために増加した量のセタン価向上剤を含むことがよい。

点火開始剤は、アルカンおよびアルケンのいかなる混合物であってもよい。点火開始剤は、そのような化合物１種かそれ以上であって、5〜25の炭素原子および分子量70〜350原子質量単位の化合物であってもよい。あるいは、点火開始剤は、原子質量単位40〜350の
分子量を有するモノエーテルか、ジエーテルであってもよい。

さらに、点火開始剤は、密度600〜845kg/m³（15℃）、沸点-30〜360℃、およびセタン
価50〜80であっても良い。
例えば、点火開始剤は、以下の（およその）物性を有するＤＭＥ（ジメチルエーテル）か、ＧＴＬ（ガスツーリキッド - 高セタン価を有する合成燃料）であってもよい。

使用してもよいセタン価向上剤としては、硝酸アミル、硝酸イソプロピル、硝酸ヘキシル、硝酸シクロヘキシル、硝酸2-エチルヘキシルおよび硝酸オクチルのような硝酸アルキルおよび／または硝酸アリルが挙げられる。当然のことながら、他の好適なセタン価向上剤を、本発明にて用いても良い。

例えば燃料の潤滑性能を改良するため、およびエンジンをクリーンにするために、他の添加剤もまた燃料に添加しても良い。
好ましくは、燃焼中のNO_x、あるいは粒子状物質のエミッションの増加を最小とするよ
うに、さらに添加剤が選ばれる。加えて、加圧あるいは液化ガス、および一般的なディーゼル燃料と混和するように、さらにまた添加剤が好適に選ばれる。

メタン系ガスが、ディーゼル燃料と組み合わせて点火開始剤として用いられる場合において、燃料は、ガス内でのディーゼルの溶解性を改良するため、およびガスと点火開始剤との分離を防ぐために高圧下で供給すること（より好ましくは、同様に貯蔵すること）が好ましい。好ましくは、ガスは500バール(bar)以上の圧力で供給される。さらに好ましくは、ガスは600バール(bar)以上の圧力で供給される。ガスは0〜100℃の温度で供給、さらに好ましくは、同じように貯蔵される。

この圧力で、従来のディーゼル燃料はガスと好適に混和し、均一な燃料をエンジンに噴射することができることが立証されている。
この燃料にはさらに、たとえば、有機金属化合物（たとえば、バリウム、カルシウム、マグネシウム、セリウム、鉄を含む有機金属化合物）のような助燃剤を添加してもよい。本発明の第二は、メタンを含有するガスを点火開始剤と混合し、圧縮点火エンジンの燃焼室に供給する、ガス系燃料を用いた圧縮点火エンジンの作動方法を提供するものである。

この方法は、好ましくは上記点火開始剤および／または上記添加剤を使うことが望ましい。
本発明はさらに、圧縮点火エンジンの燃焼室に供給するのに好適な燃料であって、メタン系ガスおよび点火開始剤の混合物を含有する燃料を提供するものである。

この方法は、上記の好ましい点火開始剤および／または上記添加剤を使うことが望ましい。
さらに、本発明は、
（ａ）メタンを含有する炭化水素ガスを液化または加圧する段階と、
（ｂ）ある比率の点火剤を前記液化または加圧炭化水素ガスに加える段階とを含む、圧縮点火エンジンに用いるのに好適な液化または加圧ガス系燃料を調製する方法を提供するものである。

メタンを高比率で含むガスを使用する場合、該ガスは点火開始剤と混合するときに超臨界状態であってもよい。
この燃料は大量に予混合されていてもよいし、たとえば、エンジンに流体接続するシングル式燃料用タンクすなわち容器に貯蔵しておいてもよい。ガスが液化するときには、燃焼室に噴射される前に点火開始剤とガスとに分離しないように、該ガスの液化圧力より高い圧力でタンクすなわち容器を加圧する。

あるいは、ガスおよび点火開始剤を別々のタンクに貯蔵して、エンジンに供給する前に混合または調合してもよい。このようにする場合には、ガスおよび点火開始剤は、エンジンの燃焼室に導入される直前に混合することが好ましい。さらに好ましくは、点火開始剤は燃料噴射装置の中でガスと混合することが望ましい。

したがって、本発明はさらに、圧縮点火エンジンの噴射装置アセンブリーであって、該燃料噴射装置アセンブリーに、第１の燃料成分である液化または圧縮ガスと第２の燃料成分である点火剤とを供給するための燃料噴射装置が配置され、該第１および第２の燃料成分が前記エンジンの燃焼室に噴射される前に該噴射装置アセンブリー中で混合されるものを提供するものである。

上述したように、ガス燃料はメタン系であるが、プロパン、ＬＰＧまたは他の既知の燃料ガスであってもよい。
「噴射装置アセンブリー」という用語は、燃料噴射装置自体、それに関連する部品または燃料を混合し燃料噴射装置に送るために配置されている関連の混合装置を意味する。

当然のことながら、２つの燃料成分は、噴射装置自体の中だけでなく噴射装置システムのどの部分においても好適に混合することができる。燃料は、たとえば、セパレート式混合ユニットもしくは装置または燃料供給系の一部を形成する導管の中で調合されてもよい。

燃料成分は、燃料供給系のどこで混合してもよく、燃料噴射装置付近で混合できるが、燃焼室に噴射される直前に混合することが好ましい。こうすることで、燃料成分が分離するのを防ぎ、均一な燃料を燃焼室に供給することができる。これは、たとえば、メタンが使用された場合など、燃料が加圧されていて液化されていない場合に特に効果的だが、上記他の燃料、たとえばプロパンまたはＬＰＧなどを使用した場合にも同様に適用できる。

２つのタンクすなわち容器が配置されている場合には、ガスと点火開始剤の割合は可変とすることが特に好ましい。たとえば、タンクすなわち容器にはエンジンの作動状態に応
じてガスと混合する点火開始剤の割合を調節する制御バルブが付いていてもよい。

ガスに対する点火開始剤の比率は、たとえば、エンジン空気吸入口の温度、エンジンのエミッションレベル、エンジン負荷または燃料の消費量など、エンジンの作動状況に対応して調節される。当然のことながら、必要な点火開始剤の比率は、さまざまなエンジンの作動状態によって変動する。

予混合燃料を使用する場合には、燃料は従来の燃料供給システムを用いて燃焼室、複数の燃焼室に導入されて使用される。たとえば、それぞれの燃焼室には、予混合燃料用の供給装置がついた燃料噴射装置が付いている。

燃料噴射装置アセンブリーにおいて燃料が混合される場合には、それぞれの燃焼室の噴射装置には液化または加圧ガスが供給、次いで点火開始剤が供給され、燃焼室に噴射される前に該ガスと点火開始剤とが混合されるようになっている。

燃料は、燃料噴射装置に接続したコモンレール燃料供給システムによって燃焼室（複数の場合もある）に導入されることが好ましい。
燃料は予混合燃料としてコモンレールに導入してもよく、また燃料成分をコモンレール中で、および／または、コモンレールによって混合してもよい。

たとえば、コモンレールに長手方向に沿って１つ以上の点火開始剤の吸入口およびコモンレールの端に液化（または加圧）ガス吸入口が付いていてもよい。当然のことながら、コモンレール燃料供給システムでは点火開始剤の吸入口およびガス吸入口のほかにも多くの構成が使用される。

さらにまた別の面から見ると、本発明は、点火開始剤を含有する液化または加圧メタン系ガスをコモンレール式エンジンに供給する圧縮点火エンジンの燃料供給システムを提供するものである。

本発明はさらに、燃料噴射装置と、セパレート式燃料混合ユニットとを含む燃料噴射装置アセンブリーであって前記混合ユニットが、第１の燃料成分である液化または加圧ガスと点火開始剤としての第2の燃料成分とを受け入れた後、該混合ユニットが該第１および
第２の燃料成分を混合し、混合した燃料を噴射装置に送りこむアセンブリーを提供するものである。

以下、本発明の実施態様のほんの一例を、添付図面を参照しながら実施例によって示す：

図１は、本発明の第１の実施態様で、燃料が１つであるものを示す。 図２は、本発明の好ましい実施態様で、燃料成分が個別であるものを示す。 図３Ａおよび３Ｂは、本発明の実施態様に基づくコモンレール燃料供給システムの構成を示す。 図４は、本発明で開示されているガス燃料を燃焼室に噴射するのに好適な油圧噴射装置を示す。

図１は、本発明の第１の実施態様に基づいて作動するように構成されたディーゼルサイクルエンジン１を示す。この構成は、従来のディーゼルエンジンにおける燃料供給システムの構成にほぼ一致する。

図１では、ディーゼルサイクルエンジン１は、たとえば、自動車の変速装置または発電装置である負荷部２を駆動する構成である。
標準状態においてガスである燃料は、プランジャー５の作用で、貯蔵用容器４に加圧下で貯蔵される。この容器は導管６によって燃料ポンプ７に流体接続されている。燃料ポンプ７は制御線８からの制御信号を受信するとともに、導管１３、１４、１５、１６によって燃料噴射装置９、１０、１１、１２に流体接続している。燃料噴射装置９、１０、１１および１２はそれぞれ、燃料をエンジン１内部の各燃焼室（図示せず）の中に噴射する。エンジン１はエンジン負荷部２にカップリング（カップリングは図示せず）で接続されている。

ガス燃料は加圧または液化され、燃料混合設備（図示せず）の中で点火開始剤と混合される。予混合燃料３はプランジャー５により生じた過剰の圧力によって加圧または液化状態に保たれ、燃料貯蔵用容器４に供給される。

燃料は、燃料貯蔵用容器４から燃料ポンプ７によって、燃料ライン６の中を通ってエンジンに送りこまれる。燃料ポンプ７は、エンジンに燃料を供給するために、エンジンオペレーターからの制御線８による制御信号に応えて制御されている。エンジンシリンダーには噴射装置９、１０、１１、１２が付いており、それぞれ燃料ライン１３、１４、１５、１６によって燃料ポンプ７から燃料の供給を受ける。

本実施態様では、燃料は、１つの貯蔵用タンクに入っており、予混合燃料の入ったシングル式燃料源４からエンジン噴射装置に供給される。ディーゼルサイクルエンジンは、通常の方式で燃料を燃焼室に噴射し、従来どおりに作動する。予混合燃料は、燃焼室に噴射されると着火する。ガス燃料に混合された点火開始剤は、高温になると燃焼室の内部でフリーラジカルを発生し、それにより燃料の酸化が加速され、空気／ガスの混合物の燃焼が起こる。

図２は、２つの燃料成分が別々に貯蔵される場合の好ましい実施態様である。
加圧ガスは、容器２０１中に貯蔵されており、液体状態で燃料ポンプ２０７に接続されている。燃料ポンプ２０７は制御装置２０９から制御信号を受信し、ポンプ自体は燃料噴射装置２０６に流体接続する。点火開始剤２０４は、制御装置２０９からの制御信号を受信するポンプ２０８に流体接続しているタンク２０５に貯蔵されている。ポンプ２０８はまた、噴射装置２０６にも流体接続している。噴射装置２０６は、エンジン１の燃焼室（図示せず）中に燃料を噴射するように配置されている。

容器２０１は、プランジャー２０３を使ってガス２０２を加圧または液体状態に保つ。点火開始剤２０４はタンク２０５に入っている。点火開始剤が標準状態で液体である場合には、タンク２０５は加圧容器である必要はない。しかしながら点火開始剤が標準状態でガス状である場合には、点火開始剤は加圧容器２０５中に貯蔵される。

ガスおよび点火開始剤はそれぞれ、燃料制御装置２０９から制御信号を受信するポンプ２０７および２０８によってエンジン噴射装置２０６に供給される（噴射装置１つだけ図示）。

制御装置２０９は、エンジンの作動状態の状況だけでなく制御線２１０によってユーザー制御信号も受信する。制御装置２０９はエンジンの作動状態およびそれに対する要求に応じてガスと点火開始剤の比率を制御する。たとえば、低温状態の場合、またはエンジンが作動し始めたばかりの場合は、好ましいエンジン出力を得るには点火開始剤のパーセンテージをより高くする必要がある。エンジンが温まっている場合は、制御装置２０９はポンプ２０８を制御して噴射装置２０６に供給される点火開始剤の比率を下げることができ
る。

本実施態様では、噴射装置２０６は２種類の燃料成分を受け入れ、これらを同時に燃焼室に送りこむように構成されている。この２種類の成分は、燃焼室中に噴射される直前に噴射装置の中で混合されるが、それにより点火開始剤が確実に加圧または液化ガスの中で均一に分散される。

図３Ａおよび３Ｂは燃料噴射システムの好ましい実施態様を示す。
図３Ａは、図１および２に示した、燃料ポンプに噴射装置を接続している燃料供給ラインの代わりに使用することができるコモンレール燃料供給系を示す。

コモンレール燃料供給システムは、燃焼室ごとに燃料吐出する従来の燃料ポンプにとって代わるものである。コモンレール燃料供給システムでは、燃料ポンプは、高圧下で燃料を１本のパイプまたはレールに供給する。エンジン噴射装置はそれぞれ別々に燃料ポンプに直接接続されるのではなく、共通の高圧供給源、すなわちコモンレールに流体接続される。

図３Ａに示されるコモンレール３０１は、連結部３０２、３０３、３０４を有しており、これによりコモンレール３０１からそれぞれのエンジン噴射装置（図示せず）に燃料を送りこむ。燃料は、コモンレール全体を共通の圧力、例えば４５０ｂａｒに保つようにコモンレールに供給する。図３Ａは、燃料成分（加圧または液化ガスおよび点火開始剤）がコモンレール燃料ポンプ（図示せず）によってコモンレールに供給される前に一緒に混合されることを示す。この構成では、燃料は、図１に示すように、共通の予混合用燃料供給源から供給してもよいし、あるいは、２種類の成分がコモンレール３０１に供給される直前に一緒に混合してもよい。作動中、混合燃料は、それぞれの噴射装置に流体接続している連結部３０２−３０４を通って各燃焼室に放出される。

図３Ｂは、加圧あるいは液化されたガスがレール３０５の端部に導入されるコモンレールの異なる態様を示す。点火開始剤は、レールにそって配置されている入口３０６、３０７、３０８に導入される。この態様では、燃焼室の中に導入される前にレール自体の中で、点火開始剤および加圧あるいは液化ガスが混ざる。

図３Ａに示される態様は、図１に示される配置に好適であり、コモンレールを経由しポンプ７から噴射装置へ供給される予混合燃料が用いられる。同様に、図３Ｂに示される態様は、図２に示される個別の燃料成分を用いる場合に好適であり、ガス容器２０１は３０９にあるコモンレールへ連結され、点火開始剤タンク２０５は３１０であるレールに連結される。

図３Ａおよび図３Ｂに示されるコモンレールシステムの使用は、本願発明で燃料が高圧で保持されなければならない場合に、特に良い。
図４は、上記態様の燃焼室にガス燃料を噴射するのに適した油圧式噴射装置を示す。図４に示される噴射装置は、加圧あるいは液化ガスを燃焼室へ噴射するのに適していると評価される。

油圧式噴射装置４０１は、従来技術でよく知られる典型的な方法で、エンジンブロックの中に取り付けられる。
油圧式噴射装置のチップ４０２は、エンジンの燃焼室の中に配置され、燃焼室へ直接に多量の燃料を放出するように備え付けられる。

噴射装置ニードル４０３は、噴射装置の先端にあるオリフィスを封止するために備え付
けられる。ニードルは、ロッド４０５によって噴射装置ピストンへ機械的に連結される。ピストン４０４、ロッド４０５およびニードル４０２は、止めナット４０７に対して作用するスプリング４０６によって先端の方へ向かってバイアスをかけている。スプリングは、ピストン４０４に対して作用し、ニードルの先端にある流路へ向かいその中までニードルを変位させることにより、先端を密閉して噴射装置の外部あるいは内部への液体あるいはガスの流入を防ぐ。

噴射装置は、エンジン・コントロール・ユニット（ＥＣＵ）からの制御信号を受信する制御可能なサーボバルブ（示されていない）が備えられている。サーボバルブは、ＥＣＵからの噴射制御信号を受信すると、図４に示す連結部４０８へ高い油圧“「パルス」すなわち信号を与える。

図４に示すように、連結４０８は、噴射装置ピストン４０４の底部に配置される流路と流体によって通じている。作動中、パルスは、エンジン・コントロール・ユニットからの制御連結に応じて連結へ与えられる。パルスは、噴射装置スプリング４０６の変位に対してピストンを動かすように作用し、これによってロッド４０５およびニードル４０２を押し上げて流路ができ、そこを通って燃料が燃焼室へ流入することができる。

燃料は、図１に示される加圧タンクから噴射装置４０１へ供給される。供給は、図１に示される燃料ポンプから直接に供給してもよく、あるいは、図３Ａおよび図３Ｂに示されるコモンレールから供給してもよい。

加圧されたあるいは液化燃料は、燃料入口４０９を通って噴射装置へ供給される。入口４０９は流路４１０を経由して噴射装置の先端へ連結され、加圧あるいは液化ガスを噴射装置チップおよびニードルへ供給する。

噴射装置を開けるのに要する圧力は、噴射装置スプリング４０６を押しつけるように作用している止めナット４０７の調整によって制御できる。
噴射装置スプリングは、通常は閉止位置に噴射装置を保持するように作用し、燃料が燃焼室へ放出されるのを防ぎ、また燃焼排ガスが噴射装置へ流入するのを防いでいる。

作動中に、制御信号は、エンジン・コントロール・ユニット（示されていない）からサーボバルブへ出される。サーボバルブは、噴射装置スプリングの変位に対してピストンを押し上げるために、噴射装置ピストンの下にある部屋の圧力を上げる。ニードルはピストンの動きにより押し上げられ、燃料の流れ、すなわち「ジェット」が燃焼室に放出される。それから、サーボバルブはピストンの圧力を除去するように制御され、スプリングはニードルを閉止するように作用する。この一連の動きは、エンジンの燃焼サイクル毎に繰り返される。

油圧式噴射装置を用いることにより、加圧された燃料源を燃焼室へ正確に放出することが可能になる。
噴射装置（および燃料供給システム）は、１つまたは複数の貯蔵タンクへ余分な燃料をもどす手段を備えていてもよい。余分な燃料は、噴射装置内部の漏れによって発生するかもしれない。この場合において、１つまたは複数のタンクの燃料組成（点火開始剤および／または他の複数の添加剤に対するガスの割合）が変化するかもしれない。エンジン・コントロール・ユニット（ecu）は、その場合に、その（複数の）タンクに貯蔵される混合
燃料の変化を補償するために、燃料の混合を調整してもよい。ecuは、エンジンへの噴射
に適合するように混合を調整するために用いられる（複数の）タンク内の燃料の組成を決定するためのセンサーを備えていてもよい。例えば、ecuは、噴射装置に供給する（複数
）のタンク内で点火向上剤の比率が増加するのに応じて、ガスへ添加する点火向上剤の量
を減らすことができる。

本願発明は、従来のディーゼルサイクルエンジンが適用されるような、例えば、トラック、車、海洋用途などのあらゆるシステムへ活用されることがわかる。本願発明は、また、発電機あるいは熱供給設備併合発電所（ＣＨＰs）などの内燃機関の静的利用で用いて
もよく、ここに開示された液化あるいは加圧のガス燃料を用いることで高いレベルの燃料節約が達成される。

上記態様において、特に他の記載がない限り、燃料は、ガス状あるいは液相でタンクに貯蔵してもよい。ガスがＬＰＧである場合、好ましくはガスが液相で貯蔵するタンクの体積を減らすことができる。ガスが天然ガスなどのようにメタンの割合が大きい場合、ガスは通常気相で貯蔵され、超臨界状態であるかもしれない。適切な貯蔵容器はそれぞれのケースで決められる。

Claims (20)

1. 燃料ガスおよび点火開始剤の混合物を用いて作動する圧縮点火エンジンであって、該圧縮点火エンジンが、液化または加圧状態にある燃料ガスおよび点火開始剤を受け入れて混合しその中で該ガスと該点火開始剤が液化または加圧状態の混合物とするための燃料供給システム、および該混合物を受け入れてエンジンの燃焼室に噴射するための噴射装置を含むことを特徴とする圧縮点火エンジン。
2. 燃料ガスがＬＰＧであることを特徴とする、請求項１に記載の圧縮点火エンジン。
3. 燃料ガスがメタン系ガスであることを特徴とする、請求項１に記載の圧縮点火エンジン。
4. メタン系ガスが天然ガスであることを特徴とする、請求項３に記載の圧縮点火エンジン。
5. 圧縮点火エンジンがディーゼル・サイクル・エンジンであることを特徴とする、請求項１ないし請求項４に記載された圧縮点火エンジン。
6. 点火開始剤がディーゼル燃料を含むことを特徴とする、請求項１ないし請求項５に記載された圧縮点火エンジン。
7. 液化または加圧燃料ガスが点火開始剤とともに圧縮点火エンジンの燃料供給システムにおいて液化または加圧混合物となるように混合されて、その後該混合物が噴射装置に供給され、該噴射装置が該混合物を圧縮点火エンジンの燃焼室へ供給することを特徴とする、ガス系燃料を用いる圧縮点火エンジンを作動させる方法。
8. 液化または加圧燃料ガスがＬＰＧであることを特徴とする、請求項７に記載された圧縮点火エンジンを作動させる方法。
9. 液化または加圧燃料ガスがメタン系ガスであることを特徴とする、請求項７に記載された圧縮点火エンジンを作動させる方法。
10. メタン系ガスが天然ガスであることを特徴とする、請求項９に記載された圧縮点火エンジンを作動させる方法。
11. 点火開始剤がディーゼル燃料を含むことを特徴とする、請求項７ないし１０ に記載された圧縮点火エンジンを作動させる方法。
12. 燃料ガスおよび点火開始剤がコモンレール燃料供給システムにおいて混合されることを特徴とする、請求項７ないし１１に記載された圧縮点火エンジンを作動させる方法。
13. 燃料噴射装置および個別燃料混合ユニットからなる燃料噴射装置アセンブリーであって、該ミキシングユニットが、液化あるいは加圧ガスのかたちの第1燃料成分および点火開始剤のかたちの第２燃料成分を受け、該ミキシングユニットが、第1燃料成分および第2燃料成分を混合して液化または加圧混合物とし、そしてその混合された燃料を該噴射装置へ供給することを特徴とする燃料噴射装置アセンブリー。
14. 噴射装置が油圧作動噴射装置であることを特徴とする、請求項１３に記載された燃料噴射装置アセンブリー。
15. 圧縮点火エンジンのための燃料供給システムであって、液化あるいは加圧燃料ガスと点火開始剤との混合物がコモン・フュエル・レールを用いてエンジンへ供給され、また液化または加圧燃料ガスと点火開始剤は該コモン・フュエル・レールにおいて混合されて液化または加圧混合物となることを特徴とする燃料供給システム。
16. 液化あるいは加圧燃料ガスが点火開始剤とともにコモン・フュエル・レールで混合されることを特徴とする、請求項１５に記載された燃料供給システム。
17. 液化あるいは加圧燃料ガスがＬＰＧであることを特徴とする、請求項１５または１６に記載の燃料供給システム。
18. 液化あるいは加圧燃料ガスがメタン系ガスであることを特徴とする、請求項１５または１６に記載の燃料供給システム。
19. メタン系ガスが天然ガスであることを特徴とする、請求項１８に記載の燃料供給システム。
20. 請求項１から６のいずれかに記載された圧縮点火エンジンと組み合わせて用いる、請求項１３あるいは請求項１４に記載された燃料噴射装置アセンブリー。

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