JPH01232119A - 水素・液化天燃ガス用エンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は水素・液化天然ガス用エンジンに係り、特に
エンジンの負荷運転状態に応じて燃料たる水素と液化天
然ガスとを夫々供給することにより構造の複雑化を招（
ことなく運転状態に応じて要求される機関性能を充分に
満足し得る出力を得ることのできる水素・液化天然ガス
用エンジンを実現することにある。

〔従来の技術〕

内燃機関たるエンジンの燃料としては、主にガソリンや
軽油等が利用されているが、有害排気物質による汚染や
資源の枯渇等の諸問題に鑑み、近時、代替燃料として水
素や液体天然ガス＜ＬＮＧ）が注目されている。これら
燃料としての水素や液化天然ガスは、気体燃料であるこ
とから空気との混合が良好で均質な混合気を生成するこ
とができ、これにより良好な燃焼を得て有害排気物質の
低減を果すことができる等の種々の利点を有するもので
ある。

このようなエンジンとしては、例えば、特公昭５７−４
８０８号公報や特開昭５６−１６２２２６号公報、特開
昭５８−１１９９２８号等に開示のものがある。特公昭
５７−４８０８号公報には、メタルハイドライドを加熱
して水素を発生させるべ（供給される排気ガスの供給量
を、前記発生する水素の圧力によって調整することによ
り、水素の安定供給を図った水素エンジンが開示されて
いる。また、特開昭５６−１６２２２６号公報には、低
圧圧縮した液化天然ガスを灯油等の溶媒に溶解して貯留
し、この溶媒上に気化して滞留する液化天然ガスを燃料
とする液化天然ガスエンジンが開示されている。さらに
、特開昭５８−１１９９２８号公報には、燃焼室に２つ
設けた吸気弁の両側に夫々排気弁と水素供給弁とを対向
配設することにより、高温の排気弁に向かう水素の流れ
を空気の流れにより邪魔して過早着火・ノッキングの発
生を防止した水素エンジンが開示されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、水素と液化天然ガスとは、同じく気体燃料で
ありながら、燃焼性や熱化学的性質等が相違する。例え
ば、水素は、燃焼速度が極めて早く、逆火が容易に発生
するため、空気過剰率を大としなければならず、また、
気体燃料であることから体積効率の低下により出力低下
を招く不都合がある。しかも、水素エンジンは、前記特
開昭５６−１６２２２６号公報に開示の如く、エンジン
に大幅な改良を加え、燃焼室内に空気を供給する空気弁
が閉じた後に水素供給弁を開けて燃焼室内に直接水素を
供給する構成としなければならず、構造の複雑化を招く
不都合があった。一方、液化天然ガスは、オクタン価が
高く、バッキングが発生し難いが、前記水素と同様に気
体燃料であることから出力低下を招く不都合があった。

このため、構造の複雑化を招くことなく運転状態に応じ
て要求される機関性能を満足し得る出力を得ることので
きる水素と液化天然ガスとを併用し得る水素・液化天然
ガス用エンジンの実現が困難であった。

〔発明の目的〕

そこで、この発明の目的は、エンジンの負荷運転状態に
応じて燃料たる水素と液化天然ガスとを夫々供給するこ
とにより構造の複雑化を招くことなく運転状態に応じて
要求される機関性能を充分に満足し得る出力を得ること
のできる水素・液化天然ガス用エンジンを実現すること
にある。

〔問題点を解決するための手段〕

この目的を達成するために、この発明は、エンジンの低
負荷運転状態においては燃料たる水素と液化天然ガスと
のいずれか一方を供給するとともに前記エンジンの高負
荷運転状態においては燃料たる前記液化天然ガスを供給
すべく制御する制御手段を設けたことを特徴とする。

〔作用〕

この発明の構成によれば、制御手段によって、エンジン
の低負荷運転状態においては、燃料たる水素と液化天然
ガスとのいずれか一方、例えば水素を供給する。これに
より、エンジンの低負荷運転状態においては大きな出力
を要しないので、たとえ水素を供給しても要求される機
関性能を満足し得る出力を得ることができ、また、エン
ジンの低負荷運転状態においては燃焼室内の温度が低（
、しかも残留ガスが多いので、たとえ水素を供給しても
逆火の発生を回避して安定した燃焼を得ることができる
。一方、高負荷運転状態においては、オクタン価が高く
ノッキングの発生し難い液化天然ガスを供給し、所望に
応じて酸素濃度を高めた酸素富化空気を供給しあるいは
圧縮比を高める等により、気体燃料の欠点である出力低
下を回避して高い出力を得ることができる。

〔実施例〕

次にこの発明の実施例を図に基づいて詳細に説明する。

図は、この発明の一実施例を示すものである。

図において、２は水素・液化天然ガス用エンジン（以下
、「エンジン」という）、４は酸素富化空気供給手段た
る酸素富化空気供給機構、６は制御手段たる制御部であ
る。この実施例において、エンジン２は、酸素富化空気
を供給されるとともに、燃料として水素と液化天然ガス
とを供給される。

前記エンジン２に酸素富化空気を供給する酸素富化空気
供給機構４は、本体８内に特定の気体を選択的に透過さ
せる気体選択性透過膜等の酸素富化空気生成体たる例え
ば酸素富化膜１０を備えている。前記本体８の空気の取
入口８ａ側にはエアクリーナ１２を設け、本体８の取出
口８ｂ側には例えば前記エンジン２の駆動力等により駆
動される吸引ポンプ１４を設けている。この吸引ポンプ
１４により酸素富化膜１０の前記取入口８ａ側と取出口
８ｂ側との間に圧力差を生じさせ、取出口８ｂ側に酸素
富化膜１０により空気中の酸素濃度を高めて酸素富化空
気を生成する。

このように、取出口８ｂ側に空気中の酸素濃度を高めて
酸素富化空気を生成する一方で、取入口８ａ側には酸素
濃度の低減により窒素濃度の高められた空気として窒素
富化空気が残留生成されることになる。この窒素富化空
気が前記取入口８ａ周辺に滞留すると、取り入れた空気
が窒素富化空気で飽和して酸素富化空気の生成が困難に
なる。

そこで、酸素富化空気供給機構４の本体８に排気口１６
を設け、この排気口１６に排気ファン１８を設けるとと
もに、この排気口１６の下流側をエンジン２の冷却系の
冷却風吸引箇所である放熱器２０の前方に開口終端させ
て設けている。これにより、不要な窒素富化空気を外部
に排気し得るとともに冷却風としても利用することがで
きる。

前記酸素富化膜１０の取出口８ｂ側に生成された酸素富
化空気は、前記吸引ポンプ１４下流に始端する連通路２
２によって、前記エンジン２の吸気通路２４始端側に設
けた酸素富化空気の導入室２６に供給される。導入室２
６内には、後述のベーパライザ９６が設けられており、
燃料たる液化天然ガスの気化潜熱により酸素富化空気を
冷却する。導入室２６で冷却された酸素富化空気は、ミ
キサ２８により燃料と混合して混合気を生成し、吸気絞
り弁３０により流量を調整され、吸気弁３２を介して燃
焼室３４に供給される。燃焼室３４で燃焼生成された排
気は、排気弁３６を介して排気通路３８に排出され外部
に排出される。

この酸素富化空気供給機構４の本体８内の酸素富化膜１
０は、基準となる基準酸素富化膜１０−０と、この基準
酸素富化膜１０−０と同様に構成された第１・第２酸素
冨化膜１０−１・１０−２と、から成る。これら基準酸
素富化膜１０−０および第１・第２酸素冨化膜１０−１
・１０−２は、取入口８ａ側に夫々連通ずるとともに取
出口８ｂ側に夫々連通している。前記第１・第２酸素冨
化膜１０−１・１０−２の取出口８ｂ側には、夫々第１
・第２制御弁４０−１・４０−２を設ける。

これら第１・第２制御弁４０−１・４０−２は、制御手
段たる制御部６に接続している。この制御部６によって
第１・第２制御弁４０−１・４〇−２を開閉することに
より第１・第２酸素冨化膜１０〜１・１０−２は取出口
８ｂ側に対して連通・遮断される。

前記本体８の取入口８ａ側と取出口８ｂ側とには夫々取
入口側圧力センサ４２と取出口側圧力センサ４４とを設
けるとともに、前記導入室２６には導入室圧力センサ４
６と導入室吸気温センサ４８とを設ける。これら各セン
サ４２〜４８は、前記制御部６に接続されている。この
制御部６によって、前記取入口側圧力センサ４２と取出
口側圧力センサ４４とにより夫々検出される圧力の差が
所定圧力となるように、前記吸引ポンプ１４を駆動制御
する。

また、導入室２６内の圧力は、前記エンジン２の要求す
る酸素富化空気要求量と前記酸素富化空気供給機構４の
供給する酸素富化空気供給量との圧力差になる。そこで
、導入室吸気温センサ４８の検出する導入室吸気温を加
味しつつ導入室圧力センサ４６の検出する導入室２６内
の圧力に応じ、前記制御部６により前記第１・第２制御
弁４０−１・４０−２を開閉制御して第１・第２酸素冨
化膜１０−１・１０−２を取入口８ｂ側に選択的に連通
させることにより、酸素富化膜１０の酸素富化空気生成
面積を増減制御する。これにより、酸素濃度の大幅な変
動を招くことなく、エンジン４の酸素富化空気要求量に
応じて酸素富化空気供給機構４より供給される酸素富化
空気供給量を増減し、適正に供給することができる。

この酸素富化空気供給機構４の酸素富化空気は、所望に
応じてエンジン２に供給される。つまり、エンジン２の
低負荷運転状態から高負荷運転状態までの全域において
供給することも可能であり、また、特定の負荷運転状態
においてのみ供給することも可能である。なお、符号５
０は導入室２６に大気を吸・入する吸入用逆止弁、５２
は導入室２６から大気に排出する排出用逆止弁である。

前記エンジン２に供給される燃料たる水素を貯留する水
素タンク５４は、水素充填管５６により水素充填弁５８
を介して水素を充填される。この水素タンク５４は、例
えば水素化金属（Ｍ　Ｅ　Ｔ　ＡＬ　　ＨＹＤＲＩ　Ｄ
Ｅ）により水素を貯留するものである。水素タンク５４
に貯留された水素は、水素供給管６０により前記ミキサ
２８に供給され、このミキサ２８により水素の混合気を
生成し、吸気絞り弁３０により流量を調整して燃焼室３
４に供給する。この水素供給管６０には、減圧器６２と
電磁弁６４とを設けてあり、この電磁弁６４は前記制御
部６に接続されている。

また、水素タンク５４内には、水素化金属を加熱する加
熱機構６６が設けられている。加熱機構６６は、往管６
・８と復管７０とにより前記エンジン２の冷却水通路７
２に連絡されている。前記往管６８には、排気熱交換器
７４と電磁弁７６とが設けられ、この電磁弁７６は前記
制御部６に接続されている。前記排気熱交換器７４には
、排気通路３８に側路として形成された排気誘導管７８
が設けられ、この排気誘導管７８を流通する排気ガスの
熱により前記往管６８内を加熱機構６６に向って流れる
冷却水を昇温させる。前記排気通路３８の側路として形
成された排気誘導管７８の入ロア８ａと出ロア８との間
の前記排気通路３８には、排気誘導管７８に誘導される
排気ガスの量を調整する調整弁８０が設けられている。

前記エンジン２に供給される燃料たる液化天然ガスを貯
留する液化天然ガスタンク８２は、液化天然ガス充填管
８４により液化天然ガス充填弁８６を介して極低温の液
化した液化天然ガスを充填される。液化天然ガスタンク
８２の液化天然ガスは、液化天然ガス取出弁８８により
取出され、液化天然ガス供給管９０により供給される。

液化天然ガス供給管９０には、フィルタ９２、電磁弁９
４、ベーパライザ９６が配設されている。前記電磁弁９
４は、前記制御部６に接続されている。

また、前記ベーパライザ９６は、前記導入室２６内に設
けら”れ、酸素富化空気との熱交換により液化天然ガス
を加温して蒸発させるとともに酸素富化空気を冷却する
。

前記ベーパライザ６６下流側の液化天然ガス供給管９０
は、分岐点９８により分岐されて第１分岐供給管１００
と第２分岐通路供給管１０２とに形成されている。前記
第１分岐供給管１００には、第２レギユレータ１１０と
液化天然ガス噴射弁１０６とが設けられている。この液
化天然ガス噴射弁１０６は、前記制御部６に接続されて
おり、液化天然ガスを吸気弁３２の近傍の吸気通路２４
に噴射供給する。噴射供給された液化天然ガスは、燃焼
室３４に供給される。前記第２分岐供給管１０２には、
電磁弁１０８と第２レギユレータ１１０とが設けられて
いる。前記電磁弁１０８は、前記制御部６に接続されて
おり、液化天然ガスをミキサ２８に供給する。このミキ
サ２８により液化天然ガスの混合気を生成し、吸気絞り
弁３０により流量を調整して燃焼室３４に供給する。

次に作用を説明する。

エンジン２を駆動すると、制御部６は、酸素富化空気供
給機構４の本体８の取入口８ａ側の圧力と取出口８ｂ側
の圧力とが所定圧力となるように吸引ポンプ１４を駆動
制御する。また、導入室２６内の圧力に応じて第１・第
２制御弁４０−１・４０−２を開閉制御し、第１・第２
酸素冨化膜１０−１・１０−２を取入口８ｂ側に選択的
に連通させて酸素富化膜’１０−０〜１０−２の酸素富
化空気生成面積を増減制御する。これにより、酸素濃度
の大幅な変動を招くことなく、エンジン４の酸素富化空
気要求量に応じて酸素富化空気供給機構４より供給され
る酸素富化空気供給量を増減し、適正に供給する。

このエンジン２の低負荷運転状態、例えば、アイドリン
グ運転状態あるいは低速運転状態においては、制御部６
は燃料たる水素と液化天然ガスとのいずれか一方、この
実施例においては水素を供給するように制御する。即ち
、加熱機構６６に連絡される往管６８に設けた電磁弁７
６を開閉制御して水素タンク５４内の水素化金属を加熱
することにより水素を発生させる。発生された水素は、
減圧器６２により所定圧に減圧され、電磁弁６４の開閉
制御により流量を調整され、水素供給管６０によりミキ
サ２８に供給される。このとき、混合気の空燃比を濃く
すると、水素は逆火を発生し易いので、空気過剰率２．
０以上となるように制御弁６４を開閉制御する。

このように、エンジン２の低負荷運転状態においては、
大きな出力を要しないので、たとえ水素を供給しても要
求される機関性能を満足し得る出力を得ることができる
ものである。また、低負荷運転状態においては、燃焼室
３４内の温度が低く、しかも残留ガスが多いので、たと
え水素を供給しても逆火の発生を回避することができ、
安定した燃焼を得ることができるものである。

一方、エンジン２の高負荷運転状態、例えば、加速運転
状態あるいは高速運転状態においては、液化天然ガスを
供給するように制御する。即ち、液化天然ガスタンク８
２に接続された液化天然ガス供給管９０の電磁弁９４を
開閉制御することにより、ベーパライザ９６に供給する
。ベーパライザ９６においては、導入室２６の酸素富化
空気との熱交換により液化天然ガスを加温して蒸発させ
るとともに酸素富化空気を冷却する。蒸発された液化天
然ガスは、第１分岐供給管１００に設けた第ルギュレー
タ１０４により所定圧に減圧し調量され、液化天然ガス
噴射弁１０６の開閉制御により酸素富化空気の酸素濃度
に適応し得る量で噴射供給され、酸素富化空気とともに
燃焼室３４に供給される。あるいは、ベーパライザ９６
により蒸発された液化天然ガスは、第２分岐供給管１０
２に設けた電磁弁１０８の開閉制御により酸素富化空気
の酸素濃度に適応し得る量に調整して、ミキサ２８に供
給し、混合気を生成して燃焼室３４に供給することもで
きる。

このように、高負荷運転状態においては、オクタン価が
高くノンキングの発生し難い液化天然ガスを供給するこ
とにより、所望に応じて酸素濃度を高めた酸素富化空気
を供給しあるいは圧縮比を高める等によって、気体燃料
の欠点である出力低下を回避し°て高い出力を得ること
ができる。

このように、エンジン２の負荷運転状態に応じて燃料た
る水素と液化天然ガスとを夫々供給することにより、構
造の複雑化を招くこともなく、要求される機関性能を満
足し得る充分な出力を得ることができる。このため、燃
料として水素と液化天然ガスとを併用し得る簡単な構造
の水素・液化天然ガス用エンジンを実現することができ
る。

なお、この実施例においては、エンジンの低負荷運転状
態において水素を供給したが、液化天然ガスを供給する
こともできる。したがって、燃料である水素が欠乏した
場合には、液化天然ガスのみによっても運転が可能であ
る。

〔発明の効果〕

このようにこの発明によれば、制御手段によって、エン
ジンの低負荷運転状態においては、燃料たる水素と液化
天然ガスとのいずれか一方、例えば水素を供給する。こ
れにより、エンジンの低負荷運転状態においては大きな
出力を要しないので、たとえ水素を供給しても要求され
る機関性能を満足し得る出力を得ることができ、また、
エンジンの低負荷運転状態においては燃焼室内の温度が
低く、しかも残留ガスが多いので、たとえ水素を供給し
ても逆火の発生を回避して安定した燃焼を得ることがで
きる。一方、高負荷運転状態においては、オクタン価が
高くノッキングの発生し難い液化天然ガスを供給し、所
望に応じて酸素濃度を高めた酸素富化空気を供給しある
いは圧縮比を高める等によって、気体燃料の欠点である
出力低下を回避して高い出力を得ることができる。　　
　゛このように、エンジンの負荷運転状態に応じて燃料
たる水素と液化天然ガスとを夫々供給することにより、
構造の複雑化を招くことなく、要求される機関性能を満
足し得る充分な出力を得ることができ、燃料として水素
と液化天然ガスとを併用し得る簡単な構造の水素・液化
天然ガス用エンジンを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

図はこの発明の一実施例を示す水素・液化天然ガス用エ
ンジンの概略構成図である。 図におし＼て、２はエンジン、４は酸素富化空気供給機
構、６は制御部、１０は酸素富化膜、１２はエアクリー
ナ、１４は吸引ポンプ、２４は吸気通路、２６は導入室
、２８はミキサ、３０は絞り弁、３４は燃焼室、３８は
排気通路、５４は水素タンク、６０は水素供給管、６４
は電磁弁、６６は加熱機構、６８は往管、７０は復管、
７４は排気熱交換器、７６は電磁弁、８２は液化天然ガ
スタンク、９０は液化天然ガス供給管、９２はフィルタ
、９４は電磁弁、９６はベーパライザ、１００は第１分
岐供給管、１０２は第２分岐供給管、１０４は第２レギ
ユレータ、１０６は液化天然ガス噴射弁、１０８は電磁
弁、１１０は第２レギユレータである。 特許出願人　　　　鈴木自動車工業株式会社代理人　弁
理士　　西　郷　義　美 １、事件の表示 特願昭６３−０５６７７４号 ２、発明の名称 水素・液化天然ガス用エンジン ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住　所　　静岡県浜名郡可美村高塚３００番地名　称　
　（２０８）鈴木自動車工業株式会社代表者　鈴　木　
　修 ４、代　理　人　〒１０１　７ｎ　　０３−２９２−４
４１１　　（代表）住　所　　東京都千代田区神田小川
町２丁目８番西郷特許３″２丁− ６、補正の対象

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、エンジンの低負荷運転状態においては燃料たる水素
   と液化天然ガスとのいずれか一方を供給するとともに前
   記エンジンの高負荷運転状態においては燃料たる前記液
   化天然ガスを供給すべく制御する制御手段を設けたこと
   を特徴とする水素・液化天然ガス用エンジン。