JPH05195886A - エマルジョン燃料エンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】気筒内温度を高めて着火遅れを無くし、着火性
の良好化を図って、燃焼騒音とＨＣ発生量の低減を得る
エマルジョン燃料エンジンを提供する。 【構成】不溶性燃料同志を乳化させた燃料であるエマル
ジョン燃料を気筒Ｎに設けられた噴射ノズル３２から噴
射する際における、気筒内の温度を高める手段、たとえ
ば、給気加熱ヒータ７１、ホットＥＧＲ回路７２、グロ
ープラグ７３、排気ブレーキ装置７４、高圧縮比ピスト
ン７５を備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、燃料としてエマルジョ
ン燃料を用いたエマルジョン燃料エンジンに関する。

【０００２】

【従来の技術】排気ガス中の、特にＮＯx およびスモー
クの低減化と、燃費率を同時に改善するために、エマル
ジョン燃料を使用するディ−ゼルエンジンが知られてい
る。ここで、エマルジョン燃料とは、例えば、水と軽
油、水と重油、メタノ−ルと軽油のように、不溶性燃料
同志を乳化させた燃料のことをいう。

【０００３】図４を参照して、従来のエマルジョン燃料
エンジンの概略構成について説明する。同図において、
１はエマルジョン燃料（例えば、水と軽油）が溜められ
ている燃料タンクである。この燃料タンク１と噴射ポン
プ２との間には、燃料を送り出す燃料ポンプ３および燃
料フィルタ４が設けられた燃料供給管ＦＰが配設され
る。

【０００４】上記噴射ポンプ２は、カムシャフト５とカ
ム６の回転に応じてプランジャ７を上下に往復運動させ
ることにより、プランジャ７の上端面が給排油孔９より
下がった位置にきたときから燃料の吸入を開始する。

【０００５】上記プランジャ７の上端面が給排油孔９よ
り上がってから燃料の圧送を開始し、プランジ７の周面
に刻まれたリ−ド１０が給排油孔９に重なると、圧送を
終了する。ここで、１１は逆流防止用の送出弁である。

【０００６】噴射ポンプ２の上部と噴射ノズル１２との
間には、噴射管ＩＰが配設される。一方、上記噴射ノズ
ル１２内には給油孔１３が穿孔されており、噴射管ＩＰ
を介して圧送される燃料が、給油孔１３を介してノズル
１２の下方に導かれる。

【０００７】その圧力によって、ノズル１２内のニ−ド
ルバルブ１４が押さえばね１７の弾性力に抗して押し上
げられ、バルブ１４下端で閉塞されていた噴射孔１５が
開放し、エマルジョン燃料が噴射孔１５を介して気筒内
の燃焼室に噴射される。また、噴射ポンプ２及び噴射ノ
ズル１２から排出される燃料は、燃料返送管１６を介し
て燃料タンク１に返送される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来のエ
マルジョン燃料エンジンにおいては、単に燃料タンク１
に軽油の代わりに、予め調合されたエマルジョン燃料が
用いられるだけであり、燃料タンク１に長時間エマルジ
ョン燃料を放置しておくと、軽油と水が分離してしま
う。

【０００９】たとえ、放置時間が短くとも、エマルジョ
ン燃料は水粒を軽油膜で内包することで形成されるとこ
ろから、純粋な軽油と比較して、着火性が悪い。これは
同時に、燃焼騒音の増大と、軽負荷時のＨＣ発生量の増
大につながる。さらに説明すると、図３に示すように、
このエンジンにおいては、燃料噴射開始時期から着火時
期に至る時間が長く、したがって着火遅れτが生じ易
い。

【００１０】この着火遅れτは、気筒内温度および圧力
と、その関数ｆから決定される。換言すれば、着火遅れ
τを無くすには、気筒内温度をより高めるか、もしくは
圧力を高めることにより実現されることとなる。

【００１１】本発明は、上記事情に着目してなされたも
のであり、その目的とするところは、気筒内温度を高め
て着火遅れを無くし、適正なタイミングで着火性の良好
化を図り、燃焼騒音の低減およびＨＣ発生量の低減を得
るエマルジョン燃料エンジンを提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を満
足するために、不溶性燃料同志を乳化させた燃料である
エマルジョン燃料を気筒に設けられた噴射ノズルから噴
射し、燃焼させるエマルジョン燃料エンジンにおいて、
上記噴射ノズルから気筒内にエマルジョン燃料が噴射さ
れる際の気筒内の温度を高める手段を具備したことを特
徴とするエマルジョン燃料エンジンである。

【００１３】

【作用】不溶性燃料同志である、たとえば軽油と水を混
合撹拌して、エマルジョン燃料を作り、これを噴射ノズ
ルから噴射してディ−ゼルエンジンを駆動させる。この
とき、気筒内温度を高めて、最適の着火タイミングに合
わせる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。

【００１５】図１において、２１は軽油が溜められてい
る第１の燃料タンクである。この燃料タンク２１と噴射
ポンプ２２との間には、燃料を送り出す燃料ポンプ２３
および燃料フィルタ２４が設けられた燃料供給管ＦＰが
配設される。

【００１６】上記噴射ポンプ２２は、カムシャフト２５
とともに回転するカム２６の回転に応じて、プランジャ
２７を上下に往復運動させ、プランジャ２７の上端面が
給排油孔２９より下がった位置にきたときから燃料の吸
入を開始する。

【００１７】プランジャ２７の上端面が給排油孔２９よ
り上がってから燃料の圧送を開始し、プランジ２７の周
面に刻まれたリ−ド３０が給排油孔２９に重なると、圧
送を終了する。ここで、３１は逆流防止用の送出弁であ
る。上記噴射ポンプ２２の上部とエンジンの気筒Ｎ上端
部に設けられる噴射ノズル３２との間には、噴射管ＩＰ
が配設される。

【００１８】先に図４で説明したように、上記噴射ノズ
ル３２は、噴射管ＩＰを介して連通する給油孔が設けら
れるとともに内部にニ−ドルバルブを備え、下端部に穿
孔される噴射孔を開閉する。

【００１９】噴射管ＩＰを介して圧送される燃料がノズ
ル３２の給油孔から下方に導かれると、その圧力により
ニードルバルブは押し上げられ、噴射孔が開放されて燃
料が気筒Ｎ内の燃焼室に噴射されるようになっている。
また、噴射ポンプ２２のリ−ド３０から給排油孔２９へ
排出される燃料は、燃料返送管３６を介して燃料タンク
２１に返送される。

【００２０】図中４１は、水が溜められる第２の燃料タ
ンクである。上記第１および第２の燃料タンク２１，４
１の底部には配管４２，４３の一端が連通され、これら
の他端は、それぞれポンプ４４の吸込口に接続される。

【００２１】このポンプ４４の吐出口は、導入する軽油
と水とを混合撹拌して乳化させ、エマルジョン燃料を生
成するミキサ４５が連結される。このミキサ４５からエ
マルジョン燃料を蓄えるエマルジョン燃料タンク４６に
連結される。

【００２２】上記エマルジョン燃料４６の底部に燃料供
給管４７の一端が連通され、この中途部には燃料ポンプ
４８が設けられる。燃料供給管４７の他端は、噴射管Ｉ
Ｐの中途部に設けられる連結部４９に連結される。

【００２３】この連結部４９に、燃料供給管４７のエマ
ルジョン燃料の圧力が噴射管ＩＰの燃料の圧力より高く
なると、エマルジョン燃料の噴射管ＩＰへの侵入を可能
とするように逆止弁５０が設けられている。また、噴射
ポンプ３２から排出される燃料は燃料返送管５１を介し
てエマルジョン燃料タンク４６に返送される。

【００２４】６１は図示しないエアクリ−ナを備えた吸
気管であり、これはエンジンの気筒Ｎ内に連通される。
気筒Ｎには、図示しないマフラを備えた排気管６３の一
端が接続される。６５は吸気弁、６６は排気弁である。
このようにして構成されるエマルジョン燃料エンジンに
おいて、後述する気筒Ｎ内の温度を上昇せしめる手段が
設けられる。第１の温度上昇手段は、上記給気管６１の
中途部に設けられる給気加熱ヒータ７１である。

【００２５】この給気加熱ヒータ７１は、本来、ディー
ゼル、ガソリンを問わず、一般的なエンジンに備えら
れ、給気管６１に導かれる燃焼用空気を加熱して温度上
昇させ、より高温の新気として気筒Ｎ内に供給するもの
である。第２の温度上昇手段は、いわゆるホットＥＧＲ
（排気ガス再循環）回路７２である。

【００２６】このホットＥＧＲ（排気ガス再循環）回路
７２は、吸気管６２と排気管６３とを直接に連通路６３
ａで連通し、この連通路６３ａの中途部にバルブ６７を
備えてなる。

【００２７】上記バルブ６７を開放することにより、排
気管６４を導かれる排気ガスの一部が分流して上記回路
７２に導かれ、給気管６１に導かれる新気に混合して温
度を上昇させ、より高温化した新気を気筒Ｎ内に供給す
るようになっている。第３の温度上昇手段は、気筒Ｎ内
に挿着されるグロープラグ７３である。

【００２８】ディーゼルエンジンにおいて、特に、予燃
焼室や渦流室を持つ副室式の燃焼室では、壁面の面積が
大きくなるので熱を奪われ易く、副室内の圧縮空気温度
が低くなって、寒冷時などにエンジンの始動が困難にな
る。

【００２９】確実な始動を得るため、内蔵しているヒー
タで副室内の圧縮空気温度を上げる、グロープラグと呼
ばれる電気式予熱装置が一般的に備えられる。これをそ
のまま温度上昇手段として用いる。第４の温度上昇手段
は、排気管６４の中途部に設けられる排気ブレーキ装置
７４である。

【００３０】特にディーゼルエンジン車は、トラックと
して多用され、荷物の積載量が大で、車両を含めた総重
量が大きくなるところから、いわゆるフットブレーキだ
けの制動力では不足する恐れがある。そこで、補助ブレ
ーキ装置である排気ブレーキ装置を備え、フットブレー
キと併用することが行われている。

【００３１】これは、排気管６４の中途部にバルブ７４
ａを備えることにより構成される。排気ブレーキ作用時
には、バルブ７４ａを回動して排気管６４を流通する排
気ガスの流通量を大きく絞る。エンジンの背圧が上昇
し、抵抗となって圧縮仕事が規制され、ブレーキ力に変
わる。

【００３２】バルブ７４ａの絞り量が僅かであれば、ブ
レーキ力の発生に至らず、しかも気筒Ｎ内に高温の排気
ガスを残留せしめる。そのため、気筒Ｎ内温度の上昇が
顕著となる。第５の温度上昇手段は、高圧縮比ピストン
７５である。

【００３３】ガソリンエンジンは電気着火をなすが、デ
ィーゼルエンジンは高圧縮によって高温となった空気に
直接燃料を注入して自然着火させる。したがって、ディ
ーゼルエンジンは、圧縮によって起こる異常燃焼の恐れ
がなく、圧縮比をガソリンエンジンよりも高くできる。
圧縮比が上がれば、それだけ膨張比が上がることとな
り、高い熱効率を得られる。

【００３４】上記高圧縮比ピストン７５は、さらに加え
て、燃焼室容積を小さく形成し、圧縮割合を高めて、高
圧縮比が得られるよう形成したものである。このような
圧縮比上昇にともなって、気筒Ｎ内の温度がさらに上昇
する。つぎに、上記のように構成されたエマルジョン燃
料エンジンの作用について説明する。軽油を用いたエン
ジン駆動をなす場合は、ポンプ４４、燃料ポンプ４８お
よびミキサ４５を停止し、噴射ポンプ２２および燃料ポ
ンプ２３を駆動する。

【００３５】燃料ポンプ２３は、第１の燃料タンク２１
から軽油を吸入して噴射ポンプ２２に圧送する。噴射ポ
ンプ２２は、プランジャ２７を上下に往復運動させ、燃
料の吸入し、かつエンジンへ圧送する。なお、燃料ポン
プ４７は作動されていないので、エマルジョン燃料の噴
射管ＩＰへの侵入は禁止されている。

【００３６】噴射ポンプ２２から噴射管ＩＰを介して圧
送された軽油は、噴射ノズル３２を介して気筒Ｎ内に形
成される燃焼室に噴射され、エンジンは軽油を燃焼して
駆動する。

【００３７】一方、ディ−ゼルエンジンをエマルジョン
燃料で駆動する場合には、燃料ポンプ２３および噴射ポ
ンプ２２を作動させた状態で、ポンプ４４、燃料ポンプ
４８およびミキサ４５を作動させる。

【００３８】軽油と水は、それぞれのタンク２１，４１
からポンプ４４で吸い上げられた後、ミキサ４５で混合
撹拌され、エマルジョン燃料に変わってタンク４６へ送
られ集溜する。さらに、このタンク４６に溜められるエ
マルジョン燃料は、燃料ポンプ４８により連結部４９に
圧送される。

【００３９】一方、噴射ポンプ２２は、燃料ポンプ２３
から送られる軽油を噴射管ＩＰに圧送する。この圧送作
用は、カム２６の回転によるプランジャ２７の上下動に
よってなされるため、間欠的に行われる。

【００４０】すなわち、軽油の圧送が終了してから次の
圧送が開始されるまでの間に、ポンプ２２吐出側の圧力
が下がる。このときはまた、燃料供給管４７を圧送され
るエマルジョン燃料の圧力が、噴射管ＩＰの燃料の圧力
より高くなる。その期間において逆止弁５０が開き、エ
マルジョン燃料が連絡部４９から逆止弁５０を介して噴
射管ＩＰに侵入する。

【００４１】以下、噴射ポンプ２２による圧送が終了し
てから次の圧送が開始されるまでの間に、エマルジョン
燃料が逆止弁５０を介して噴射管ＩＰに侵入するため、
軽油からエマルジョン燃料に切換えて数回噴射を行う
と、図中斜線で示す位置はエマルジョン燃料で満たされ
る。

【００４２】そして、噴射ポンプ２２により圧送される
軽油で、エマルジョン燃料が圧送されることになり、噴
射ノズル３２からはエマルジョン燃料のみが噴射され、
ディ−ゼルエンジンはエマルジョン燃料で駆動する。

【００４３】噴射管ＩＰにおいて、軽油とエマルジョン
燃料とが接する境界点Ａの位置は、エマルジョン燃料が
噴射ノズル３２から噴射される都度、その量に応じて連
絡部４９方向に移動、すなわち往動するが、噴射ポンプ
２２による圧送が終了してから次の圧送が開始されるま
での間にエマルジョン燃料が噴射管ＩＰに侵入するた
め、元の位置まで復動する。このようなエマルジョン燃
料によるエンジン駆動の際に、気筒Ｎ内の温度を高める
ため、第１ないし第５の温度上昇手段の少なくとも１つ
を採用する。すなわち、給気加熱ヒータ７１に通電し
て、給気管６１に導かれる新気を加熱する。燃焼室には
温度上昇した新気が導かれ、気筒Ｎ内温度が高まる。

【００４４】あるいは、ＥＧＲバルブ６７を開いて気筒
Ｎから排出される排気ガスの一部をホットＥＧＲ回路７
２内に導通させる。排出される排気ガスの一部は、排気
管６３、ＥＧＲバルブ６７、吸気管６２を介して燃焼室
に再循環される。排気ガスは高温であるところから、気
筒Ｎ内温度が上昇する。あるいは、グロープラグ７３を
発熱する。気筒Ｎ内温度は上昇し、燃焼室に導かれる新
気はグロープラグ７３で加熱された状態で圧縮燃焼され
る。

【００４５】あるいは、排気ブレーキ装置７４を作動さ
せる。バルブ７４ａをある程度絞って、排気管６４を流
通するガス量を規制する。その分、エンジンの背圧が上
昇し、気筒Ｎ内に残留する排気ガス量が増大する。この
排気ガスは高温であるところから、気筒Ｎ内温度が上昇
する。このような排気ブレーキ装置７４を気筒Ｎ内温度
上昇だけのために用いるには、特に、軽負荷時に有効で
ある。

【００４６】あるいは、高圧縮比ピストン７５を採用し
て、高圧縮比運転をなす。圧縮比が上がれば膨張比が上
り、さらに高い熱効率となって、気筒Ｎ内温度の上昇に
つながる。

【００４７】以上、いずれの温度上昇手段を単独で用い
ても、確実に気筒Ｎ内温度が上昇し、燃焼室でのエマル
ジョン燃料の着火タイミングが速まる。すなわち、燃料
噴射開始時期から着火に至る時間が短縮され、着火遅れ
が無く、適正な着火タイミングでの燃焼作用を得る。そ
のため、燃焼効率が向上し、燃焼騒音が低下する。

【００４８】このような温度上昇手段の作動領域を、図
２に示す。作動領域は、エンジン回転数と負荷との関係
において、同図にハッチングで示す範囲である。（な
お、高圧縮比ピストン７５はエンジン駆動する限り作動
し、固定的であるので、これを除く、給気ヒータ７１、
ホットＥＧＲ回路７２、グロープラグ７３、排気ブレー
キ装置７４を用いた場合に適用される。）

【００４９】エンジン回転数と負荷との関係において、
同図におけるハッチング部分に対応するよう、各手段を
作用させればよい。低負荷領域では、特に、アイドル燃
焼騒音抑制と、ＨＣ増大抑制に直接的な効果がある。高
負荷領域では、特に、加速時における燃焼騒音抑制に直
接的な効果がある。なお、グロープラグ７３を常時発熱
させると、ＮＯx 増大の恐れがあるところから、特に、
図に示すような範囲で制御を行ったほうが有利である。

【００５０】エンジンの仕様によっては、単独の手段を
用いることよりも、所定の複数の手段を組合わせ、併用
することにより、より顕著な効果がみられることは言う
までもない。

【００５１】以上説明したように、気筒Ｎ内温度を上昇
せしめる各手段は、全て既存の部品および装置をそのま
ま流用できるので、コストに与える影響を最小限に抑制
できる。

【００５２】また、上記実施例では、エマルジョン燃料
を用いてディ−ゼルエンジンを駆動する際に、従来のよ
うにエマルジョン燃料が噴射ポンプ２２内を通過しない
ので、噴射ポンプ２２における潤滑不良、発錆による異
常摩耗等の不具合発生を阻止でき、耐久性が向上する。

【００５３】さらに、エマルジョン燃料でディ−ゼルエ
ンジンを駆動する時に初めて水と軽油を混合するように
したので、長時間エマルジョン燃料を放置しておくと、
軽油と水が分離してしまい、始動時に水が噴射されてし
まうことにより、着火が悪く、始動不良が起こるという
問題はなくなる。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、不
溶性燃料同志を乳化させた燃料であるエマルジョン燃料
を気筒に設けられた噴射ノズルから噴射させ、この噴射
の際の気筒内の温度を高める手段を具備したから、気筒
内温度が高まって着火遅れが無くなり、適正なタイミン
グで着火性が良好化し、燃焼騒音の低減およびＨＣ発生
量の低減を得る効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係わる、エマルジョン燃料
エンジンの概略構成図。

【図２】同エンジンの気筒内温度上昇手段の作動領域を
示す図。

【図３】同エンジンの着火遅れを説明する特性図。

【図４】従来の、エマルジョン燃料エンジンの概略構成
図。

【符号の説明】

Ｎ…気筒、３２…噴射ノズル、７１…給気加熱ヒータ、
７２…ホットＥＧＲ回路、７３…グロープラグ、７４…
排気ブレーキ装置、７５…高圧縮比ピストン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｍ 31/135 Ｆ０２Ｐ 19/00 Ｚ 8923−3Ｇ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】不溶性燃料同志を乳化させた燃料であるエ
   マルジョン燃料を気筒に設けられた噴射ノズルから噴射
   し、燃焼させるエマルジョン燃料エンジンにおいて、上
   記噴射ノズルから気筒内にエマルジョン燃料を噴射する
   際における、気筒内の温度を高める手段を具備したこと
   を特徴とするエマルジョン燃料エンジン。