JPH0411731B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

最近、石油資源の枯渇によりエネルギー源の多
様化が望まれている。 特に、自動車エンジン用燃料として、主にガソ
リンが使用されているが、ガソリンの入手難およ
び高騰化によりエンジン用燃料として、植物資源
から得られるアルコールの使用が試みられてい
る。 しかし、アルコールは、ガソリンに比べて発熱
量が少なく、また、特性も異なるために、従来の
ガソリンエンジンにそのまま使用することは困難
であるが、高発熱量の気体燃料、たとえば、天然
ガス、LPG、水素、アセチレンガスなどを併用
すれば、アルコールによつて従来のガソリンエン
ジンを運転できることが明らかになり、この出願
の発明者により「気体燃料と液体燃料とを併用す
る内燃機関の運転方法」として先に特許出願〔特
願昭56−044083号（特開昭57−159949号公報）〕
されたとおりである。 この発明は、ガソリンを燃料とするように設計
された通常のガソリンエンジンを、アルコールの
ような低発熱量の揮発性液体燃料と高発熱量の気
体燃料とを併用して運転する方法に関し、特に、
液体燃料と気体燃料をエンジンに供給する際に、
発熱量がガソリンと等しくなるように供給し、高
出力時には高発熱量の気体燃料を比較的多く供給
する運転方法に関する。 ガソリン、アルコールのような液体燃料と、天
然ガス、アセチレンガス、水素、LPGなどの気
体燃料の発熱量は第１表に示すとおりであり、

【表】 アルコールのような低発熱量の燃料でも、高発熱
量の気体燃料を一定の割合で吸入空気に混合する
ことにより、ガソリンの発熱量まで高めることが
でき、さらに引火点など、他の特性をも補うこと
になり、ガソリンと同様な運転条件でエンジンを
運転することが可能であり、また、高発熱量の気
体燃料をより多く吸入空気に混合することによ
り、ガソリンよりも発熱量を高めることができて
高出力運転を行なうことができる。 ガソリンエンジンを搭載した自動車を用いて、
アルコールと各種の気体燃料とを種々の混合割合
で供給し、走行実験を行なつたところ、発熱量に
おいてガソリンと一致した状態で最良の燃費効率
が得られることが明らかになり、さらに高発熱量
の気体燃料を多く供給して発熱量を高めると出力
が増加することが明らかになつた。 従来のガソリンエンジンの燃料供給系は、吸入
空気に対してガソリンを一定の割合で混合するよ
うに構成されているので、この発明の運転方法の
一例を実現するために、アルコール燃料の供給
は、ガソリンの燃料供給系を用いて同様に行な
い、気体燃料の供給は、別の系統によつて行な
い、吸入空気に対して一定の割合で気体燃料を供
給すればよいのである。 従来のガソリンエンジンの燃料供給系をそのま
ま用いてアルコール燃料を供給すると、ガソリン
及びアルコールの比重が約0.75及び0.79と相違す
るために、重量でガソリンを1.00としたとき、ア
ルコールは約1.05供給される。 ガソリンの発熱量は、10500cal／ｇであるのに
対し、アルコールの発熱量は6400cal／ｇであり、
1.05ｇのアルコールの発熱量は6720cal（6400×
1.05）で、ガソリンの発熱量10500calとの差は、
3780cal（10500−6720）であつて、この約3780cal
を気体燃料により補うのである。アルコール燃料
に対し、各種の気体燃料を用いて不足発熱量を補
うために必要な気体燃料の種類と量の関係は第２
表に示すとおりである。 上述の関係から、液体・気体燃料の重量混合比
は次のような数式として得られる。 Ｅ／Ｄ：（Ａ−Ｂ・Ｅ／Ｄ）／Ｃ ここで、 Ａ：ガソリンの単位重量あたりの発熱量 Ｂ：液体燃料の単位重量あたりの発熱量 Ｃ：気体燃料の単位重量あたりの発熱量 Ｄ：ガソリンの比重 Ｅ：液体燃料の比重 とする。 即ち、先ず、ガソリンを主な燃料とするエンジ
ンでは、その燃料供給系をそのまま用いると、ガ
ソリンの比重Ｄとアルコールのような低発熱量の
液体燃料の比重Ｅとが相違するため、液体燃料は
ガソリンを１とした時と比べて重量比でＥ／Ｄ倍
供給され。しかし、単位重量あたりの発熱量がＢ
（Ｂ＜Ａ）の液体燃料のみでは、単位重量あたり
では、ガソリンの発熱量Ａよりも、（Ａ−Ｂ・
Ｅ／Ｄ）だけ発熱量が低下する。 気体燃料を上記の不足する発熱量を補う分だけ
供給すれば、ほぼガソリンの発熱量と等しい総合
発熱量が確保される。すなわち、単位重量あたり
の発熱量がＣである気体燃料を、重量Ｅ／Ｄの液
体燃料に対して重量（Ａ−Ｂ・Ｅ／Ｄ）／Ｃだけ
供給すればよく、ガソリンとほぼ等しい発熱量を
得るための重量混合比が定義される。 そして、第２表の重量混合比Ａ：Ｂは、上記重
量混合比の数式中のＡ〜Ｃに第１表に示す各燃料
の発熱量を代入し、比重Ｄ＝0.75，比重Ｅ＝0.79
として求められている。 従つて、上式によつて求められる液体・気体燃
料の重量混合比になるように、気体燃料供給系の
流量調整弁等によつて初期設定を行なうことによ
つてほぼガソリンと等しい発熱量が得られること
となる。 なお、第２表に示すプロパン（C₃H₈）、メタン
（CH₄）、アセチレン（C₂H₂）は、炭素数１〜３
の炭化系水素の一例であり、本発明における他の
気体燃料としては、第２表に示す水素（H₂）、あ
るいは上記ガスを主体とするLPG，LNG等の混
合ガスであつてもよい。

【表】 この発明の運転方法を実現する装置の一例は、
第１図に示すように、液体燃料タンク１、燃料供
給ポンプ２、キヤブレータ３、インテークマニホ
ールド４およびピストン、シリンダなどを含むエ
ンジン本体５に対し、気体燃料タンク６、イグニ
ツシヨンキーと連動して開閉する第１の電磁弁
７、圧力調整弁８、インテークマニホールド４の
負圧により流量が調整される流量調整弁９、この
流量調整弁９を通過した気体燃料を吸気流路に放
出するノズル１０などよりなる気体燃料供給系を
付加したものである。 流量調整弁９は、第２図に示すように、スプリ
ング１１によつて押されたダイアフラム１２と、
このダイアフラム１２によつて作動させられる弁
１３で構成されており、ダイアフラム１２で仕切
られた空間１７は、管１４を介してインテークマ
ニホールド４に連通され、また、弁１３の入口１
５は、圧力調整弁８に連通され、出口１６は、ノ
ズル１０に連通されている。 気体燃料供給系における気体燃料の供給量の初
期設定は、任意の回転数でのエンジン運転時にお
ける弁１３の開口率により、上述した重量混合比
を得られるように、弁１３のテーパ形状を決定す
ることで行われる。このために、上述のエンジン
にて液体燃料のみを用い、例えば、1000rpm及び
2000rpmでの運転時における液体燃料の供給量を
流量測定器で測定する。この各回転時における液
体燃料供給量に対して上述した重量混合比となる
気体燃料供給量をそれぞれ計算する。 そして、1000rpm、2000rpmでの運転時におい
て、弁１３より上述の気体燃料供給量を供給でき
る弁１３の２カ所の外径を計算でき、弁１３のテ
ーパ形状が決定される。 初期設定を微調整可能とするためには、通常の
手法によつて流量調整弁９の入口１５又は出口１
６にマニユアル調整可能な調整弁を設けることが
できる。そして、例えばある回転数における出力
トルクが最大となるように気体燃料の供給量を微
調整してもよい。 エンジンの停止時には、電磁弁７を閉じている
が、イグニツシヨンキーを入れると電磁弁７が開
き、圧力調整弁８で一定圧力に調整された気体燃
料は流量調整弁９に導かれる。 エンジンの軽負荷時には、スロツトルが閉じら
れているので、吸気量が少なく、インテークマニ
ホールド４の負圧は大きく、スプリング１１の弾
力に抗してダイアフラム１２を引きつけるために
弁１３を閉じ、気体燃料の供給を減ずるように作
動する。 エンジンの重負荷時には、スロツトルが開かれ
ているので、吸気量が多く、インテークマニホー
ルド４の負圧が低下するから、スプリング１１の
弾力によつてダイアフラム１２が押されて弁１３
を開き、気体燃料の供給を増加するように作動す
るのである。 以上で説明したような装置を用いると、インテ
ークマニホールド４の負圧を利用して気体燃料の
流量を調整しているので、吸気量にほぼ比例して
気体燃料を供給できるから、空気、気体燃料、液
体燃料の３者の混合比をほぼ一定に保つことがで
きる。 なお、気体燃料の混合比を出力状態に適用させ
ることは、圧力調整弁８の吐出圧力および弁１３
を制御するスプリング１１の強さを調整すること
により容易に変えることができる。 この発明の運転方法を実現する装置の他の実施
例は、第３図に示すように、液体燃料タンク１、
燃料供給ポンプ２、ガソリン用キヤブレータ３、
インテークマニホールド４を備えた液体燃料供給
系に対し、LPG仕様エンジンに使われている
LPGタンク６、ベーパーライザ１８、LPG用キ
ヤブレータ１９よりなる気体燃料（LPG）供給
系を吸気流路へ直列に付加することにより、両キ
ヤブレータ３，１９を通過する空気重量に対して
気体燃料と液体燃料の全燃料の重量の比を一定の
値に保つことができる。 この実施例における気体燃料の初期設定は、上
記実施例での初期設定時と同様に、例えば
1000rpmにおける液体燃料の測定値から、この回
転時における気体燃料供給量を計算しておく。そ
して、1000rpmにて上述の気体燃料供給量を実現
できるキヤブレータ１９のメインノズル径を求め
る。 初期設定を微調整可能とするためには、キヤブ
レータ１９のメインノズルに対するバイパスノズ
ルを設け、このバイパスノズルの絞り量をマニユ
アル調整可能なスクリユーを設けておくとよい。
そして、例えばある回転数における出力トルクが
最大となるように気体燃料供給量を微調整しても
よい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明のエンジンの運転方法で用
いる装置の一実施例を示す概要図、第２図は、第
１図の装置で用いる流量調整弁の断面図、第３図
は、他の実施例を示す概要図である。 ３…キヤブレータ、４…インテークマニホール
ド、６…気体燃料タンク、８…圧力調整弁、９…
流量調整弁、１０…ノズル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ガソリンを主な燃料とするように設計された
   エンジンを、ガソリンよりも低発熱量の液体燃料
   と、ガソリンよりも高発熱量の気体燃料とによつ
   て運転する方法であつて、 前記ガソリンの単位重量あたりの発熱量をＡ 前記液体燃料の単位重量あたりの発熱量をＢ 前記気体燃料の単位重量あたりの発熱量をＣ 前記ガソリンの比重をＤ 前記液体燃料の比重をＥ としたとき、 前記液体燃料と気体燃料との重量混合比をほ
   ぼ、 Ｅ／Ｄ：（Ａ−Ｂ・Ｅ／Ｄ）／Ｃ に設定して、前記液体燃料と気体燃料との総合発
   熱量が、ガソリンの発熱量とほぼ等しくなるよう
   にしたことを特徴とするエンジンの運転方法。