JP6913270B2 - Fuel injection device for internal combustion engine using low ignitability fuel - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関を低着火性燃料を用いて作動させるための燃料噴射装置に関する。 The present invention relates to a fuel injection device for operating an internal combustion engine using a low ignitable fuel.
従来、例えば、舶用ティーゼル機関では、長年にわたり重油などのいわゆる燃料油を主燃料としてきた。その理由は、燃料油が比較的安価で、どこでも大量に調達できるという、船舶に必要な条件を備えているからである。 Conventionally, for example, marine teazel engines have used so-called fuel oil such as heavy oil as the main fuel for many years. The reason is that fuel oil is relatively inexpensive and has the necessary conditions for ships that it can be procured in large quantities anywhere.
この一方、近年、特に世界的な環境保全の観点からクリーンなエネルギ源が求められ、CO2 、SOX 、NOX 等の排出量の大幅削減が危急の課題となっている。特にCO2 、SOX の排出量削減は当然に舶用ディーゼル機関にも要求されるため、国際規則等に基づく規制が強化されることも考えられ、天然ガス、LNG等のガス燃料を主燃料とするガスエンジンの開発が急速に普及しつつある(例えば、特許文献1参照)。 On the other hand, in recent years, a clean energy source has been demanded especially from the viewpoint of global environmental protection, and a significant reduction in CO2, SOX, NOX and other emissions has become an urgent issue. In particular, reduction of CO2 and SOX emissions is naturally required for marine diesel engines, so it is possible that regulations based on international regulations will be tightened, and gas that uses gas fuel such as natural gas and LNG as the main fuel. The development of engines is rapidly becoming widespread (see, for example, Patent Document 1).
また、これらのガス燃料はいわゆる低着火性燃料に分類されるが、この低着火性燃料にはメタノールも含まれる。このメタノールは燃料中に硫黄分を含んでいないため、燃焼しても大気汚染物質であるSOX を排出しない。また、単位発熱量当たりのCO2 や粒子状物質の排出量がこれまでの船舶燃料である燃料油に比べて小さいため、次世代クリーン燃料の一つとして期待されている。 Further, these gas fuels are classified as so-called low ignitable fuels, and the low ignitable fuels also include methanol. Since this methanol does not contain sulfur in its fuel, it does not emit SOX, which is an air pollutant, even when burned. In addition, since the amount of CO2 and particulate matter emitted per unit calorific value is smaller than that of fuel oil, which is a conventional marine fuel, it is expected to be one of the next-generation clean fuels.
さらに、メタノールの生産はこれまで石油からの精製が主であったが、石炭由来のメタノール精製プラントの計画も多数ある一方、安価な天然ガスから製造されるメタノールが、これまで以上に安価に、かつ大量に生産できる可能性があるため、供給面でもメタノールを舶用ディーゼル機関の燃料とする余地ができつつある。 Furthermore, while methanol production has been mainly refined from petroleum, there are many plans for coal-derived methanol refining plants, while methanol produced from inexpensive natural gas is cheaper than ever. Moreover, since it has the potential to be mass-produced, there is room for methanol as a fuel for marine diesel engines in terms of supply.
このような状況下、本願出願人は、メタノールに代表される低着火性燃料を従来の舶用燃料である燃料油とともに使用可能な、二次燃料ディーゼル機関を開発した(例えば、特許文献2参照)。この二次燃料ディーゼル機関は、従来の燃料油を噴射するための燃料噴射ポンプ及び燃料噴射弁に加えて、二次燃料を噴射するための専用の二次燃料噴射ポンプ及び二次燃料噴射弁がそれぞれ別途追加装備されている。 Under such circumstances, the applicant of the present application has developed a secondary fuel diesel engine capable of using a low ignitable fuel typified by methanol together with a fuel oil which is a conventional marine fuel (see, for example, Patent Document 2). .. This secondary fuel diesel engine has a dedicated secondary fuel injection pump and secondary fuel injection valve for injecting secondary fuel, in addition to the conventional fuel injection pump and fuel injection valve for injecting fuel oil. Each is additionally equipped separately.
そして、燃料油のための燃料噴射弁と二次燃料のための二次燃料噴射弁とを通して、そのときの機関の作動状態に応じて、使用される燃料が択一的に選択されて、100%燃料油又は100%二次燃料のいずれかで作動される。なお、二次燃料はピストンの圧縮による温度上昇だけでは安定した着火を得ることができないため、パイロット着火方式のエンジンでは、着火の容易な燃料油がパイロット燃料噴射弁からパイロット噴射されて、二次燃料の燃焼のための火種を形成する。 Then, through the fuel injection valve for the fuel oil and the secondary fuel injection valve for the secondary fuel, the fuel to be used is selectively selected according to the operating state of the engine at that time, and 100 It is operated with either% fuel oil or 100% secondary fuel. Since the secondary fuel cannot obtain stable ignition only by raising the temperature due to the compression of the piston, in the pilot ignition type engine, the fuel oil that can be easily ignited is pilot-injected from the pilot fuel injection valve, and the secondary fuel is injected. Form a fire for burning fuel.
これにより、従来の燃料油だけを使用する機関と比べて、この二次燃料ディーゼル機関においては、ノッキングや未燃燃料の排出に関する問題がなく、しかも燃焼特性が二次燃料の性状に依存しないため、二次燃料のみによる作動時においても、燃料油による作動時と同等の機関出力及び負荷変動への追従性が充分に達成可能とされている。 As a result, compared to a conventional engine that uses only fuel oil, this secondary fuel diesel engine has no problems related to knocking or emission of unburned fuel, and its combustion characteristics do not depend on the properties of the secondary fuel. Even when operating with only secondary fuel, it is possible to sufficiently achieve the same engine output and load fluctuation tracking as when operating with fuel oil.
上述のように、従来のメタノールに代表される低着火性燃料を使用する内燃機関においては、それまでの燃料油のための燃料噴射ポンプ及び燃料噴射弁に加えて、二次燃料を噴射させるための専用の二次燃料噴射ポンプ及び二次燃料噴射弁がそれぞれ別途追加装備され、燃料油のための燃料噴射弁と二次燃料のための二次燃料噴射弁とを通して、そのときの機関の作動状態に応じて燃料が択一的に選択されて、100%燃料油又は100%二次燃料のいずれか一方で作動される。 As described above, in an internal combustion engine using a low ignitable fuel typified by conventional methanol, in order to inject a secondary fuel in addition to the conventional fuel injection pump and fuel injection valve for fuel oil. The dedicated secondary fuel injection pump and secondary fuel injection valve are additionally equipped separately, and the operation of the engine at that time is performed through the fuel injection valve for fuel oil and the secondary fuel injection valve for secondary fuel. The fuel is selectively selected according to the condition and is operated by either 100% fuel oil or 100% secondary fuel.
しかしながら、このように、それまでの燃料油のための燃料噴射ポンプ及び燃料噴射弁に加えて、二次燃料のための専用の二次燃料噴射ポンプ及び二次燃料噴射弁を別途追加装備するのでは、補機類が錯綜して配置される機関周りで、構造が複雑な2系統の燃料噴射装置をそれぞれ装備しなければならず、燃料噴射装置の機器配置が困難になる場合がある。 However, in this way, in addition to the fuel injection pump and fuel injection valve for fuel oil up to that point, a dedicated secondary fuel injection pump and secondary fuel injection valve for secondary fuel are additionally equipped. Then, it is necessary to equip two fuel injection devices having a complicated structure around the engine in which auxiliary machinery is arranged in a complicated manner, which may make it difficult to arrange the fuel injection devices.
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、燃料噴射装置の構造が極めて簡易で、機器配置が容易になる、低着火性燃料を用いた内燃機関の燃料噴射装置を提供することを課題とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and provides a fuel injection device for an internal combustion engine using a low ignitable fuel, which has an extremely simple structure of a fuel injection device and facilitates equipment arrangement. That is the issue.
上述の課題を解決するために、本発明が採用する手段は、低着火性燃料を用いた内燃機関の燃料噴射装置であって、燃料油を供給する燃料油供給部と、低着火性燃料を供給する低着火性燃料供給部と、燃料油供給部から供給される燃料油と低着火性燃料供給部から供給される低着火性燃料とを混合させて混合燃料を生成する燃料混合部と、内燃機関に配設されて燃料混合部から供給された混合燃料を内燃機関のシリンダ内へ噴射する燃料噴射部とを備えたことにある。上述の燃料油とは、例えば、ガソリン又は軽油又はA重油又はC重油などをいい、上述の低着火性燃料とは、例えば、LPG(液化石油ガス)又はメタノール又はエタノール又はジメチルエーテルなどをいう。 In order to solve the above-mentioned problems, the means adopted by the present invention is a fuel injection device for an internal combustion engine using a low ignitable fuel, and a fuel oil supply unit for supplying the fuel oil and a low ignitable fuel are used. A fuel mixing unit that produces a mixed fuel by mixing a low ignitable fuel supply unit to be supplied, a fuel oil supplied from the fuel oil supply unit, and a low ignitable fuel supplied from the low ignitable fuel supply unit. It is provided with a fuel injection unit which is arranged in the internal combustion engine and injects the mixed fuel supplied from the fuel mixing unit into the cylinder of the internal combustion engine. The above-mentioned fuel oil means, for example, gasoline or light oil, A heavy oil, C heavy oil, etc., and the above-mentioned low ignitable fuel means, for example, LPG (liquefied petroleum gas) or methanol, ethanol, dimethyl ether or the like.
このように、本発明の低着火性燃料を用いた内燃機関の燃料噴射装置は、燃料油供給部から供給される燃料油と低着火性燃料供給部から供給される低着火性燃料とを混合して混合燃料を生成する燃料混合部と、この燃料混合部から供給された混合燃料を内燃機関のシリンダ内へ噴射する燃料噴射部とを備えるから、従来の二次燃料ディーゼル機関のように、燃料油と低着火性燃料の2系統からなる複雑な構造の燃料噴射装置を、補機類等が錯綜して配置される機関周りに、個別に2重装備する必要がなくなる。このため、燃料噴射装置の構造が極めて簡易となり、機器配置が容易になる。 As described above, the fuel injection device of the internal combustion engine using the low ignitable fuel of the present invention mixes the fuel oil supplied from the fuel oil supply section and the low ignitable fuel supplied from the low ignitable fuel supply section. Since it is provided with a fuel mixing section for generating the mixed fuel and a fuel injection section for injecting the mixed fuel supplied from the fuel mixing section into the cylinder of the internal combustion engine, it is similar to a conventional secondary fuel diesel engine. It is not necessary to individually double-equip a fuel injection device having a complicated structure consisting of two systems of fuel oil and low ignitability fuel around an engine in which auxiliary machinery and the like are arranged in a complicated manner. Therefore, the structure of the fuel injection device becomes extremely simple, and the equipment arrangement becomes easy.
上記低着火性燃料を用いた内燃機関の燃料噴射装置において、混合燃料内の燃料油と低着火性燃料とを分離させる混合燃料分離部をさらに備えることが望ましい。このように、混合燃料内の燃料油と低着火性燃料とを分離させる混合燃料分離部を備えることにより、一旦混合された混合燃料内の燃料油と低着火性燃料とを再分離して、それぞれ単独で保管又は利用することができるようになる。 In the fuel injection device of an internal combustion engine using the low ignitable fuel, it is desirable to further include a mixed fuel separation unit for separating the fuel oil in the mixed fuel and the low ignitable fuel. In this way, by providing the mixed fuel separation unit that separates the fuel oil in the mixed fuel and the low ignitable fuel, the fuel oil in the mixed fuel and the low ignitable fuel once mixed can be re-separated. Each can be stored or used independently.
また、上記混合燃料分離部は、燃料噴射部からシリンダ内へ噴射されない混合燃料を燃料油と低着火性燃料とに分離し、混合燃料から分離された燃料油は、燃料油供給部へ戻される、又は、混合燃料から分離された低着火性燃料は、低着火性燃料供給部へ戻されるこ
とがさらに望ましい。
Further, the mixed fuel separation unit separates the mixed fuel that is not injected into the cylinder from the fuel injection unit into the fuel oil and the low ignitability fuel, and the fuel oil separated from the mixed fuel is returned to the fuel oil supply unit. Alternatively, the low ignitable fuel separated from the mixed fuel is more preferably returned to the low ignitable fuel supply section.
このように、燃料混合部から内燃機関へ供給された混合燃料のうち、内燃機関の燃料噴射部からシリンダ内へ噴射されなかったいわば余剰の混合燃料は、燃料分離部により燃料油と低着火性燃料とに分離される。そして、混合燃料から分離された燃料油は燃料油供給部へ戻される、又は、混合燃料から分離された低着火性燃料は低着火性燃料供給部へ戻されるから、内燃機関の燃料噴射部からシリンダ内へ噴射されなかった混合燃料内の燃料油又は低着火性燃料のいずれか一方又は双方が、上記内燃機関の燃焼に無駄なく利用される。 In this way, of the mixed fuel supplied from the fuel mixing section to the internal combustion engine, the surplus mixed fuel that is not injected into the cylinder from the fuel injection section of the internal combustion engine has low ignitability with the fuel oil by the fuel separating section. Separated from fuel. Then, the fuel oil separated from the mixed fuel is returned to the fuel oil supply section, or the low ignitable fuel separated from the mixed fuel is returned to the low ignitable fuel supply section. Either or both of the fuel oil in the mixed fuel and the low ignitability fuel that have not been injected into the cylinder are used for combustion of the internal combustion engine without waste.
上記低着火性燃料を用いた内燃機関の燃料噴射装置において、低着火性燃料は、液相状態で内燃機関の燃料噴射部へ供給されることが望ましい。このように、低着火性燃料が液相状態で内燃機関の燃料噴射部へ供給されることにより、混合燃料中の低着火性燃料は、その燃焼特性が維持された状態で内燃機関のシリンダ内へ噴射され、そして適切に燃焼される。 In the fuel injection device of an internal combustion engine using the low ignitable fuel, it is desirable that the low ignitable fuel is supplied to the fuel injection portion of the internal combustion engine in a liquid phase state. In this way, the low ignitable fuel is supplied to the fuel injection section of the internal combustion engine in a liquid phase state, so that the low ignitable fuel in the mixed fuel is kept in the cylinder of the internal combustion engine while maintaining its combustion characteristics. It is injected into and properly burned.
上記低着火性燃料を用いた内燃機関の燃料噴射装置において、内燃機関は、ディーゼルサイクルにて作動されることが望ましい。 In the fuel injection device of an internal combustion engine using the low ignition fuel, it is desirable that the internal combustion engine is operated in a diesel cycle.
内燃機関は、主にディーゼルサイクル及びオットーサイクルにより作動される。後に詳述するように、前者のディーゼルサイクルは、噴射される燃料が完全に燃焼されるのため熱効率に優れるという特長を有する一方、後者のオットーサイクルは、燃料の一部燃え残りが燃焼ガスと共に機関外部へ排出されるため、熱効率が劣るという問題がある。上述の低着火性燃料を用いた内燃機関の燃料噴射装置において、上記燃料油と低着火性燃料との混合燃料を用いてディーゼルサイクルにて作動されることにより、未燃燃料の排出に関する問題がなく熱効率に優れると共に、ノッキングが発生せず、また、従来の燃料油による内燃機関とほぼ同等の機関出力と負荷変動への追従性とが確保される。 The internal combustion engine is mainly operated by a diesel cycle and an Otto cycle. As will be described in detail later, the former diesel cycle has a feature of excellent thermal efficiency because the injected fuel is completely burned, while the latter Otto cycle has a part of the unburned fuel together with the combustion gas. Since it is discharged to the outside of the engine, there is a problem that the thermal efficiency is inferior. In the fuel injection device of an internal combustion engine using the above-mentioned low ignitable fuel, there is a problem related to the emission of unburned fuel due to the operation in the diesel cycle using the above-mentioned mixed fuel of the fuel oil and the low ignitable fuel. It is excellent in thermal efficiency, knocking does not occur, and the engine output and the ability to follow load fluctuations, which are almost the same as those of an internal combustion engine using conventional fuel oil, are ensured.
上記低着火性燃料を用いた内燃機関の燃料噴射装置において、内燃機関は、パイロット燃料噴射弁を有しないことが望ましい。
上述の混合燃料は、着火性の悪い低着火性燃料に着火性のよい燃料油が混合されてなるから、従来の二次燃料ディーゼル機関に必要であったパイロット燃料噴射を不要にすることができる。この場合には、機関周りに燃料油等によるパイロット噴射のための燃料油供給部を別途装備する必要がなくなり、これによっても燃料噴射装置の構造が簡易となり、機器配置がさらに容易になる。
In the fuel injection device of an internal combustion engine using the low ignitability fuel, it is desirable that the internal combustion engine does not have a pilot fuel injection valve.
Since the above-mentioned mixed fuel is a mixture of a low ignitable fuel having poor ignitability and a fuel oil having good ignitability, it is possible to eliminate the pilot fuel injection required for a conventional secondary fuel diesel engine. .. In this case, it is not necessary to separately equip a fuel oil supply unit for pilot injection with fuel oil or the like around the engine, which also simplifies the structure of the fuel injection device and makes the equipment arrangement easier.
上記低着火性燃料を用いた内燃機関の燃料噴射装置において、混合燃料は、内燃機関の燃焼作動時に内燃機関の燃料噴射部からシリンダ内へ常時噴射されることが望ましい。 In the fuel injection device of an internal combustion engine using the low ignitability fuel, it is desirable that the mixed fuel is constantly injected into the cylinder from the fuel injection portion of the internal combustion engine during the combustion operation of the internal combustion engine.
このように、混合燃料が、内燃機関の燃焼作動時に内燃機関の燃料噴射部からシリンダ内へ常時噴射されることにより、従来の二次燃料ディーゼル機関のような、燃料油又は低着火性燃料のいずれか一方のみによる作動をすべて排除することができ、燃料噴射装置の構造が一段と簡易になり、機器配置がさらに容易になる。 In this way, the mixed fuel is constantly injected into the cylinder from the fuel injection portion of the internal combustion engine during the combustion operation of the internal combustion engine, so that the fuel oil or the low ignitability fuel such as the conventional secondary fuel diesel engine can be used. All operations by only one of them can be eliminated, the structure of the fuel injection device becomes simpler, and the equipment arrangement becomes easier.
上記低着火性燃料を用いた内燃機関の燃料噴射装置において、燃料混合部は、内燃機関の作動状態に応じて燃料油供給部から供給される燃料油と低着火性燃料供給部から供給される低着火性燃料との混合比率を変化させることができることが望ましい。 In the fuel injection device of an internal combustion engine using the low ignitable fuel, the fuel mixing section is supplied from the fuel oil supplied from the fuel oil supply section and the low ignitable fuel supply section according to the operating state of the internal combustion engine. It is desirable to be able to change the mixing ratio with the low ignitable fuel.
このように、燃料混合部が、内燃機関の作動状態に応じて燃料油供給部から供給される燃料油と低着火性燃料供給部から供給される低着火性燃料との混合比率を変化させること
を可能にしたことにより、内燃機関のいかなる作動状態においても、混合燃料に対する着火性及びその他の燃焼特性を最適に維持することができる。
In this way, the fuel mixing section changes the mixing ratio of the fuel oil supplied from the fuel oil supply section and the low ignitable fuel supplied from the low ignitable fuel supply section according to the operating state of the internal combustion engine. By enabling this, the ignitability to the mixed fuel and other combustion characteristics can be optimally maintained in any operating state of the internal combustion engine.
上記低着火性燃料を用いた内燃機関の燃料噴射装置において、低着火性燃料をメタノールとし、混合燃料に水を含有させるための水供給部をさらに備えることが望ましい。このように、低着火性燃料をメタノールにすると共に、混合燃料に水を含有させるための水供給部をさらに備えることにより、燃焼時に内燃機関のシリンダ内の燃焼温度を低下させることができ、NOX の排出量を一段と低下させることができる。 In the fuel injection device of an internal combustion engine using the low ignitable fuel, it is desirable that the low ignitable fuel is methanol and a water supply unit for containing water in the mixed fuel is further provided. In this way, by using methanol as the low-ignition fuel and further providing a water supply unit for containing water in the mixed fuel, it is possible to lower the combustion temperature in the cylinder of the internal combustion engine during combustion, and NOX. Emissions can be further reduced.
上述の低着火性燃料を用いた内燃機関の燃料噴射装置において、この水供給部は、低着火性燃料供給部に接続されて水を低着火性燃料供給部に供給して低着火性燃料に水を混入させることにより、混合燃料に水を含有させることがさらに望ましい。 In the fuel injection device of an internal combustion engine using the above-mentioned low ignitable fuel, this water supply unit is connected to the low ignitable fuel supply unit to supply water to the low ignitable fuel supply unit to become a low ignitable fuel. It is more desirable to add water to the mixed fuel by mixing it with water.
このように、低着火性燃料供給部に接続される水供給部が、水を低着火性燃料供給部に供給して予め低着火性燃料に水を混入させることによって、混合燃料に水を含有させるようにしたことにより、水を混合燃料に容易に含有させることができる。 In this way, the water supply unit connected to the low ignitable fuel supply unit supplies water to the low ignitable fuel supply unit and mixes the water with the low ignitable fuel in advance, so that the mixed fuel contains water. Water can be easily contained in the mixed fuel.
本発明の低着火性燃料を用いた内燃機関の燃料噴射装置は、低着火性燃料を用いた内燃機関の燃料噴射装置であって、燃料油を供給する燃料油供給部と、低着火性燃料を供給する低着火性燃料供給部と、燃料油供給部から供給される燃料油と低着火性燃料供給部から供給される低着火性燃料とを混合して混合燃料を生成する燃料混合部と、内燃機関に配設されて燃料混合部から供給された混合燃料を内燃機関のシリンダ内へ噴射する燃料噴射部とを備えるから、燃料噴射装置の構造が極めて簡易となり、機器配置を容易にすることができる、という優れた効果を奏する。 The fuel injection device for an internal combustion engine using the low ignitability fuel of the present invention is a fuel injection device for an internal combustion engine using the low ignitability fuel, and has a fuel oil supply unit for supplying fuel oil and a low ignitability fuel. A low ignitable fuel supply unit that supplies fuel, and a fuel mixing unit that produces a mixed fuel by mixing the fuel oil supplied from the fuel oil supply unit and the low ignitable fuel supplied from the low ignitable fuel supply unit. Since it is provided with a fuel injection unit that is arranged in the internal combustion engine and injects the mixed fuel supplied from the fuel mixing unit into the cylinder of the internal combustion engine, the structure of the fuel injection device becomes extremely simple and the equipment arrangement becomes easy. It has the excellent effect of being able to do it.
本発明に係る低着火性燃料を用いた内燃機関の燃料噴射装置を実施するための形態を、図1及び図2を参照して詳細に説明する。 A mode for implementing a fuel injection device for an internal combustion engine using a low ignitability fuel according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2.
図1に、第1の形態を示す。図1に示すように、内燃機関の一例としての舶用大型ディーゼル機関1の燃料噴射装置2は、燃料油を供給する燃料油供給部10と、低着火性燃料を供給する低着火性燃料供給部20と、燃料油供給部10から供給される燃料油と低着火性燃料供給部20から供給される低着火性燃料とを混合させてそれらの混合燃料を生成する燃料混合部30と、舶用大型ディーゼル機関1に配設されて燃料混合部30から供給される混合燃料をこのディーゼル機関1のシリンダ内へ噴射する燃料噴射部40と、混合燃料内の燃料油と低着火性燃料とを分離するための混合燃料分離部60とを備える。
FIG. 1 shows the first form. As shown in FIG. 1, the fuel injection device 2 of a large marine diesel engine 1 as an example of an internal combustion engine has a fuel
上述の燃料油とは、例えば、ガソリン、軽油、A重油、C重油などをいい、また、低着火性燃料とは、例えば、LPG(液化石油ガス)、メタノール、エタノール、ジメチルエーテルなどをいう。低着火性燃料は、従来の燃料油であるガソリン、軽油、A重油、C重油などと比べて着火性が低く、舶用大型ディーゼル機関などでこれらの低着火性燃料を主燃料として単独で使用した場合にはパイロット燃料噴射が必要であり、また、このパイロ
ット噴射用の燃料として、従来の燃料油が必要であった。
The above-mentioned fuel oil means, for example, gasoline, light oil, A heavy oil, C heavy oil, etc., and the low ignitable fuel means, for example, LPG (liquefied petroleum gas), methanol, ethanol, dimethyl ether and the like. The low ignitable fuel has lower ignitability than the conventional fuel oils such as gasoline, light oil, A heavy oil, and C heavy oil, and these low ignitable fuels are used alone as the main fuel in large marine diesel engines. In some cases, pilot fuel injection is required, and conventional fuel oil is required as the fuel for this pilot injection.
しかしながら、例えば、低着火性燃料のLPGやメタノールは、燃料油としての重油や軽油のような重質燃料と極性が類似しており、両者はよく混合する。本燃料噴射装置2はこのような燃料間の性質を利用するものである。 However, for example, LPG and methanol, which are low-ignitability fuels, have similar polarities to heavy fuels such as heavy oil and light oil as fuel oils, and both are well mixed. The fuel injection device 2 utilizes such properties between fuels.
燃料油は、燃料油タンク11から流量計12を介して電動の燃料油ポンプ13に送られて、ここで加圧される。この燃料油ポンプ13で加圧された燃料油は、フィルタ14、三方弁15、逆止弁16を介して、上述の燃料混合部30へ送られる。三方弁15の切り替えにより、加圧された燃料油を燃料油タンク11へ戻すこともできる。三方弁15を出た過圧の燃料油は、三方弁15からの分岐路18に配設されたリリーフ弁19の作動により、燃料油タンク11へ戻される。上述の燃料油供給部10は、これらの機器により形成される。
The fuel oil is sent from the
一方、低着火性燃料は、低着火性燃料タンク21から流量計22を介して電動の低着火性燃料ポンプ23に送られて、ここで加圧される。この低着火性油ポンプ23で加圧された低着火性燃料は、フィルタ24、逆止弁26を介して上述の燃料混合部30へ送られる。フィルタ24を出た過圧の低着火性燃料は、フィルタ24からの分岐路28に配設されたリリーフ弁29の作動により、電動の昇圧ポンプ27、逆止弁27aを介して低着火性燃料タンク21へ戻される。上述の低着火性燃料供給部20は、これらの機器により形成される。
On the other hand, the low ignitable fuel is sent from the low
燃料混合部30は、舶用大型ディーゼル機関1の作動状態に応じて燃料油供給部10から供給される燃料油と、低着火性燃料供給部20から供給される低着火性燃料との混合比率を変化させることができる。
The
例えば、流量計12,22の流量値に基づいて、図示しないエンジンコントローラが燃料油ポンプ13及び低着火性油ポンプ23の作動を制御して、それらの吐出流量を変化させることにより、燃料混合部30における燃料油と低着火性燃料との混合比率を変化させることが可能である。また、燃料混合部30そのものに、図示しないエンジンコントローラの制御によって燃料油と低着火性燃料との混合比率を変化させることができる機能を持たせることもできる。
For example, an engine controller (not shown) controls the operation of the
このように、舶用大型ディーゼル機関1の作動状態に応じて、燃料油供給部10から供給される燃料油と、低着火性燃料供給部20から供給される低着火性燃料との混合比率を変化させることにより、このディーゼル機関1のいかなる作動状態においても、着火性及び他の燃焼特性を最適に維持することができる。
In this way, the mixing ratio of the fuel oil supplied from the fuel
燃料混合部30を出た燃料油と低着火性燃料との混合燃料は、逆止弁41を介して舶用大型ディーゼル機関1の燃料ポンプ42に供給され、この燃料ポンプ42により必要な噴射圧に加圧調整される。燃料ポンプ42で必要な噴射圧まで加圧された混合燃料は、燃料噴射弁43を介して、このディーゼル機関1のシリンダ内へ噴射される。燃料ポンプ42及び燃料噴射弁43により、燃料噴射部40が形成される。
The mixed fuel of the fuel oil and the low ignitability fuel that has exited the
このように、舶用大型ディーゼル機関1は、燃料油と低着火性燃料との混合燃料が用いられるから一定の着火性は確保され、パイロット噴射を行わなくても、従来の燃料油のみの舶用大型ディーゼル機関と比べても遜色ない着火性が得られる。このディーゼル機関1は、燃料油と低着火性燃料との混合燃料を用いて、図示しないエンジンコントローラの制御により、ディーゼルサイクルにて作動される。 In this way, the large marine diesel engine 1 uses a mixed fuel of fuel oil and low ignitability fuel, so that a certain level of ignitability is ensured, and even if pilot injection is not performed, the large marine diesel engine 1 uses only conventional fuel oil. Ignition performance comparable to that of diesel engines can be obtained. The diesel engine 1 is operated in a diesel cycle using a mixed fuel of fuel oil and a low ignitability fuel under the control of an engine controller (not shown).
内燃機関は、主にディーゼルサイクル及びオットーサイクルにより作動される。前者のディーゼルサイクルは、圧縮空気に燃料を噴射し、その燃料が圧縮工程により高温になった燃焼室内で自己着火する。このため、噴射された燃料は完全に燃焼され、熱効率に優れるという特長を有する。 The internal combustion engine is mainly operated by a diesel cycle and an Otto cycle. The former diesel cycle injects fuel into compressed air and self-ignites in the combustion chamber where the fuel becomes hot due to the compression process. Therefore, the injected fuel is completely burned and has a feature of excellent thermal efficiency.
一方、後者のオットーサイクルは、圧縮工程で燃焼室内に燃料を噴射し、上死点近傍で燃料を着火させることにより熱発生させる。このオットーサイクルにおいては、燃焼室内に噴射された燃料が完全に燃焼しきれず、燃え残り燃料が燃焼室内に残存する可能性がある。このため、燃料の燃え残りが排気ガスと共に機関外部へ排出され、熱効率が劣るという問題がある。 On the other hand, in the latter Otto cycle, heat is generated by injecting fuel into the combustion chamber in the compression process and igniting the fuel near top dead center. In this Otto cycle, the fuel injected into the combustion chamber may not be completely burned, and the unburned fuel may remain in the combustion chamber. Therefore, there is a problem that the unburned residue of the fuel is discharged to the outside of the engine together with the exhaust gas, resulting in inferior thermal efficiency.
上述の舶用大型ディーゼル機関1においては、燃料油と低着火性燃料との混合燃料を用いてディーゼルサイクルにて作動されることにより、未燃燃料の排出に関する問題がなく熱効率に優れると共に、ノッキングが発生せず、また、従来の燃料油による内燃機関とほぼ同等の機関出力と負荷変動への追従性とが確保される。 In the above-mentioned large marine diesel engine 1, since it is operated in a diesel cycle using a mixed fuel of fuel oil and low ignitable fuel, there is no problem related to the emission of unburned fuel, the thermal efficiency is excellent, and knocking occurs. It does not occur, and the engine output and the ability to follow load fluctuations, which are almost the same as those of a conventional internal combustion engine using fuel oil, are ensured.
また、上述の燃料混合部30を出た燃料油と低着火性燃料との混合燃料は、リリーフ弁61を介して混合燃料分離部60に送られる。混合燃料分離部60においては、燃料混合部30から舶用大型ディーゼル機関1へ供給された混合燃料のうち、燃料噴射弁43からシリンダ内へ噴射されなかった混合燃料が、燃料油と低着火性燃料とに分離される。
Further, the mixed fuel of the fuel oil and the low ignitability fuel that has left the above-mentioned
混合燃料分離部60によって分離された燃料油は、燃料油供給部10のリリーフ弁19の下流側の分岐路18を介して、燃料油タンク11へ戻される。また、混合燃料分離部60によって分離された低着火性燃料は、低着火性燃料供給部20のリリーフ弁29の下流側の分岐路28を介して低着火性燃料タンク21へ戻される。
The fuel oil separated by the mixed
このように、燃料油と低着火性燃料との混合燃料は、液相状態で燃料噴射弁43に供給されて、これらの燃料噴射弁43,53から舶用大型ディーゼル機関1のシリンダ内へ噴射される。すなわち、混合燃料の一部を形成する低着火性燃料は、低着火性燃料タンク21内のみならず、燃料混合部30を含めて液相状態が維持されたまま、燃料噴射弁43へ供給される。
As described above, the mixed fuel of the fuel oil and the low ignitability fuel is supplied to the
また、この舶用大型ディーゼル機関1においては、燃焼作動時に、すなわちすべての燃焼作動状態において、燃料油と低着火性燃料との混合燃料が、燃料噴射弁43を介してシリンダ内へ常時噴射される。
Further, in the large marine diesel engine 1, a mixed fuel of fuel oil and low ignitable fuel is constantly injected into the cylinder via the
低着火性燃料がメタノールやエタノールの場合には常温常圧で液相状態にあるから、燃料噴射弁43まで液相状態を保持するのに特別な装置は必要としない。一方、低着火性燃料がLPGやジメチルエーテルの場合には、燃料噴射弁43まで液相状態を保持するのに、一定の圧力をかける必要がある。
When the low ignitability fuel is methanol or ethanol, it is in a liquid phase state at normal temperature and pressure, so no special device is required to maintain the liquid phase state up to the
例えば、LPGでは、45°Cで20bar前後以下の圧力に保持する必要がある。また、燃料油供給部10から供給される燃料油の供給圧力と、低着火性燃料供給部20から供給される低着火性燃料の供給圧力は、燃料油供給部10のリリーフ弁19と低着火性燃料供給部29とにより、ほぼ同程度に調整される。
For example, in LPG, it is necessary to maintain a pressure of about 20 bar or less at 45 ° C. Further, the supply pressure of the fuel oil supplied from the fuel
なお、上述の混合燃料は、着火性の悪い低着火性燃料に着火性のよい燃料油が混合されてなるから、着火性については低着火性燃料のみによる場合に比べて格段に向上する。このため、一例としての本燃料噴射装置2においては、パイロット燃料噴射弁を装備せず、パイロット燃料噴射は行われない。 Since the above-mentioned mixed fuel is a mixture of a low ignitable fuel having poor ignitability and a fuel oil having good ignitability, the ignitability is significantly improved as compared with the case where only the low ignitable fuel is used. Therefore, in the present fuel injection device 2 as an example, the pilot fuel injection valve is not provided and the pilot fuel injection is not performed.
図2に、第2の形態を示す。なお、上述の図1に示した第1の形態との相違点のみを説明する。この燃料噴射装置3は、低着火性燃料が例えばメタノールの場合のものであり、低着火性燃料であるメタノールに予め水を混入させて、舶用大型ディーゼル機関1の燃料噴射弁40からそのシリンダ内へ噴射される混合燃料に、水を含有させるための水供給部70が配設される。
FIG. 2 shows the second form. In addition, only the difference from the first form shown in FIG. 1 described above will be described. In this
水供給部70は、水タンク71と水ポンプ72とからなり、水ポンプ72で一定圧まで昇圧された水の供給路73は、低着火性燃料ポンプ23とフィルタ24との間の低着火性燃料供給路(低着火性燃料供給部)23aに接続され、一定圧の水が低着火性燃料供給路23aに供給される。
The
この場合、低着火性燃料がその一例としてのメタノールである一方、メタノールはCH基とOH基が1つの分子にあるため、海面活性剤のように、重油などの燃料油と水を媒介してこれらとミセルを形成したり、乳化された形となる。このため、水を混合燃料に容易に含有させることができる。 In this case, the low ignitable fuel is methanol as an example, whereas methanol has a CH group and an OH group in one molecule, so that it mediates between fuel oil such as heavy oil and water like a sea surface activator. It forms a micelle with these and becomes an emulsified form. Therefore, water can be easily contained in the mixed fuel.
このように、混合燃料に水を含有させておくことにより、燃焼時に舶用大型ディーゼル機関1のシリンダ内の燃焼温度を低下させることができ、NOX の排出量を一段と低下させることができる。その他は、上述の第1の形態の低着火性燃料を用いた内燃機関の燃料噴射装置2と同様であるから、説明を省略する。 By including water in the mixed fuel in this way, the combustion temperature in the cylinder of the large marine diesel engine 1 can be lowered at the time of combustion, and the NOX emission amount can be further reduced. Others are the same as the fuel injection device 2 of the internal combustion engine using the low ignition fuel of the first embodiment described above, and thus the description thereof will be omitted.
以上のように、本低着火性燃料を用いた内燃機関の燃料噴射装置2,3は、燃料油供給部10から供給される燃料油と、低着火性燃料供給部20から供給される低着火性燃料とを混合させて混合燃料を生成する燃料混合部30を有し、この燃料混合部30から供給される混合燃料を、一例としての舶用大型ディーゼル機関1のシリンダ内へ噴射する燃料噴射部40を備えたから、従来の二次燃料ディーゼル機関のように、燃料油と低着火性燃料の2系統からなる複雑な構造の燃料噴射装置を、機関周りに個別に2重装備する必要がなくなる。このため、本低着火性燃料を用いた内燃機関の燃料噴射装置2,3は、構造が極めて簡易となり、機器配置は容易である。
As described above, the
また、上述の混合燃料は、着火性の悪い低着火性燃料に着火性のよい燃料油が混合されてなるから、着火性の観点から従来の二次燃料ディーゼル機関に必要であったパイロット燃料噴射を不要にすることもできる。このため、機関周りに燃料油等によるパイロット噴射のための燃料油供給部を別途装備する必要がなくなり、これによっても燃料噴射装置の構造がさらに簡易となり、機器配置が容易になる。 Further, since the above-mentioned mixed fuel is a mixture of low ignitable fuel having poor ignitability and fuel oil having good ignitability, pilot fuel injection required for a conventional secondary fuel diesel engine from the viewpoint of ignitability Can also be eliminated. Therefore, it is not necessary to separately equip a fuel oil supply unit for pilot injection with fuel oil or the like around the engine, which also simplifies the structure of the fuel injection device and facilitates the arrangement of equipment.
一方、燃料混合部30から燃料噴射部40へ供給された混合燃料のうち、それらからシリンダ内へ噴射されなかったいわば余剰の混合燃料は、混合燃料分離部60により燃料油と低着火性燃料とに分離される。そして、この混合燃料分離部60により分離された燃料油は、燃料油供給部10へ戻されると共に、混合燃料分離部60により分離された低着火性燃料は低着火性燃料供給部20へ戻されるから、余剰となった混合燃料内の燃料油及び低着火性燃料が、上記舶用大型ディーゼル機関1の燃料噴射に無駄なく利用される。
On the other hand, among the mixed fuels supplied from the
また、低着火性燃料が液相状態で燃料噴射部40へ供給されることにより、混合燃料中の低着火性燃料は、その燃焼特性が維持された状態で内燃機関のシリンダ内へ噴射され、そして適切に燃焼される。
Further, since the low ignitable fuel is supplied to the
さらに、上述のように、混合燃料が燃料噴射部40から舶用大型ディーゼル機関1のシリンダ内へ常時噴射されることにより、従来の二次燃料ディーゼル機関のような、燃料油
又は低着火性燃料の択一的に選択されたいずれか一方のみによる作動をすべて排除することができ、構造が極めて簡易になり、機器配置が一段と容易になる。
Further, as described above, the mixed fuel is constantly injected from the
なお、上述の低着火性燃料を用いた内燃機関の燃料噴射装置は一例にすぎず、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。例えば、内燃機関は上述の舶用大型ディーゼル機関1に限定されたものではなく、他の方式の内燃機関に対しても実施することができることは勿論である。 The fuel injection device for an internal combustion engine using the above-mentioned low ignitability fuel is only an example, and various modifications can be made based on the gist of the present invention, and these are not excluded from the scope of the present invention. .. For example, the internal combustion engine is not limited to the above-mentioned large marine diesel engine 1, and it goes without saying that it can be implemented for other types of internal combustion engines.
1 舶用大型ディーゼル機関
2,3 燃料噴射装置
10 燃料油供給部
11 燃料油タンク
12 流量計
13 燃料油ポンプ
14 フィルタ
15 三方弁
16 逆止弁
18 分岐路
19 リリーフ弁
20 低着火性燃料供給部
21 低着火性燃料タンク
22 流量計
23 低着火性燃料ポンプ
23a 低着火性燃料供給路
24 フィルタ
26 逆止弁
27 昇圧ポンプ
27a 逆止弁
28 分岐路
29 リリーフ弁
30 燃料混合部
40 燃料噴射部
41 逆止弁
42 燃料ポンプ
43 燃料噴射弁
60 混合燃料分離部
61 リリーフ弁
70 水供給部
71 水タンク
72 水ポンプ
73 供給路
1 Large
Claims (6)
低着火性燃料供給部(20)に供給して前記低着火性燃料に前記水を混入させることにより前記混合燃料に前記水を含有させることを特徴とする、請求項5に記載の内燃機関の低着火性燃料による燃料噴射装置。
The water supply unit (70) is connected to the low ignitable fuel supply unit (20) to supply the water to the low ignitable fuel supply unit (20) and mix the water with the low ignitable fuel. The fuel injection device using a low ignitability fuel of an internal combustion engine according to claim 5 , wherein the mixed fuel contains the water.
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