JPH06229321A - 燃料回収装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 燃料である水の補給を不要または少なくする
ことができ、車両における燃料の管理を大幅に簡略化し
得る燃料回収装置を提供する。 【構成】 第１タンク１の軽油と第２タンク１１の水を
燃料圧送混合用ポンプ１４で混合してエマルジョン燃料
を作り、それを噴射ポンプ４の噴射圧力によって噴射ノ
ズル８に送り込み、燃焼室に噴射させるエマルジョン燃
料エンジンがある。このエンジンの排気経路に冷凍サイ
クルの蒸発器である復水器３３が設けられ、その復水器
３３によって排気が冷却される。排気には水蒸気が含ま
れており、それが復水器３３の冷却によって凝縮する。
この凝縮した水はサイクロン３４により分離されて回収
され、上記第２タンク１１に送られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、エマルジョン燃料を
使用するディーゼルエンジンいわゆるエマルジョン燃料
エンジンを搭載した車両の燃料回収装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】排気に含まれるＮＯｘやスモークなどの
減少および燃費の改善を図るために、エマルジョン燃料
を使用するディーゼルエンジン、いわゆるエマルジョン
燃料エンジンが知られている。

【０００３】エマルジョン燃料とは、たとえば、水と軽
油、水と重油、メタノールと軽油というように、互いに
不溶性の２種類の燃料を混合し、乳化させたもので、油
の中に水またはメタノールの粒子が多数入り込んだ状態
となる。

【０００４】このエマルジョン燃料は、気筒の噴射ノズ
ルにつながる噴射管の中途部に注入され、その噴射管に
加えられる噴射ポンプの噴射圧力を受けて噴射ノズルに
送り込まれる。

【０００５】噴射ポンプは、カムシャフトの回転を受け
て上下運動するプランジャを有しており、そのプランジ
ャの下降時にエマルジョン燃料の元である一方の燃料た
とえば軽油を吸込み、その吸込んだ軽油をプランジャの
上昇によって噴射管に噴射する。噴射ポンプの噴射口に
はデリバリバルブが設けられ、噴射ポンプへの燃料の逆
流が防止される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このような、２種類の
燃料を使用するエマルジョン燃料エンジンの場合、各燃
料をどのようにして確保するかが問題である。すなわ
ち、各燃料はそれぞれ専用のタンクに収容されるが、こ
れらタンクのいずれか１つでも空になると、当然ながら
エマルジョン燃料は得られなくなる。したがって、２つ
のタンクの収容量を個々に把握して管理する必要があ
り、通常の一種類の燃料を使用するエンジンに比べて管
理がかなり面倒となる。

【０００７】この発明は上記の事情を考慮したもので、
その目的とするところは、燃料である水の補給を不要ま
たは少なくすることができ、車両における燃料の管理を
大幅に簡略化し得る燃料回収装置を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明の燃料回収装置
は、水を燃料の一部として使用するエンジンを備えた車
両において、上記エンジンの排気経路に設けられた冷却
手段を備え、排気中に含まれる水蒸気を凝縮して回収す
る。

【０００９】

【作用】エンジンの排気中には水蒸気が含まれており、
それが冷却手段で冷却されることによって凝縮する。こ
の凝縮により得られる水がエンジンの燃料として回収さ
れ、使用される。

【００１０】

【実施例】以下、この発明の一実施例について図面を参
照して説明する。

【００１１】図２に示すように、第１タンク１があり、
その中に第１の燃料たとえば軽油が収容される。このタ
ンク１の軽油はポンプ２によってフィルタ３を介し噴射
ポンプ４に送られる。

【００１２】噴射ポンプ４は、燃料を取込んだり余分な
燃料を排出するための給排孔４ａと、燃料を噴射するた
めの噴射口４ｂと、この噴射口４ｂに設けられたデリバ
リバルブ４ｃと、カムシャフト５に取付けられているカ
ム５ａの回転による変位を受けて上下動するプランジャ
４ｄと、このプランジャ４ｄの上面から側面にかけて内
部を貫通して形成された連通孔４ｅなどを有する。

【００１３】つまり、プランジャ４ｄが下降するとき、
そのプランジャ４ｄの上面が給排孔４ａの位置より下が
ったところで、給排孔４ａを通した軽油の吸入が開始さ
れるようになっている。

【００１４】次にプランジャ４ｄが上昇するとき、その
プランジャ４ｄの上面が給排孔４ａの位置より上がった
ところで、プランジャ４ｄの上方に存する軽油がデリバ
ルバルブ４ｃを押し上げ開いて噴射口４ｂから噴射され
る。

【００１５】そして、プランジャ４ｄの側面における連
通孔４ｅの開口が給排孔４ａに重なったところで、プラ
ンジャ４ｄの上方に存する軽油が連通孔４ｅを通して給
排孔４ａに流れ、軽油の噴射が終了するようになってい
る。給排孔４ａに流れた軽油の余り分は、返送管６を介
してタンク１に戻される。

【００１６】噴出口４ｂから噴射される軽油は、噴射管
７を介して噴射ノズル８に供給される。噴射ノズル８
は、下部に形成された噴射口８ａと、この噴射口８ａを
上下動により開閉するプランジャ８ｂと、このプランジ
ャ８ｂに下降方向への偏倚力を与えるスプリング８ｃ
と、噴射管７から供給される燃料を噴射口８ａに供給す
るための給油路８ｄなどを有する。つまり、給油路８ｄ
に燃料が供給されると、その圧力でプランジャ８ｂが上
昇し、噴射口８ａが開いて燃料が噴射される。給油路８
ｂへの燃料の供給が止まると、プランジャ８ｂが下降
し、噴射口８ａが閉塞されて燃料の噴射が終了するよう
になっている。

【００１７】なお、噴射ノズル８は各気筒に設けられる
分の複数個が用意されており、それに対応して噴射ポン
プ４、返送管６、および噴射管７の系統も複数設けられ
ている。噴射ノズル８で噴射されなかった燃料の余り分
は、返送管９を介して分離器１０に戻される。

【００１８】また、第２タンク１１があり、その中に第
２の燃料であるところの水が収容される。このタンク１
１内が三方弁１２の一方の流路を介して燃料圧送混合用
ポンプ１４に連通される。さらに、タンク１内が三方弁
１２の他方の流路を介してポンプ１４に連通される。三
方弁１２は、２つの流路を有し、オン時に一方の流路を
開いて他方の流路を閉じ、オフ時は一方の流路を閉じて
他方の流路を開く。ポンプ１４は、三方弁１２の各流路
を通して水と経由を吸込み、それを混合して乳化させ
る。つまり、エマルジョン燃料が作られる。

【００１９】ポンプ１４から吐出されるエマルジョン燃
料は供給管１５によって噴射管７の中途部に送られる。
この噴射管７の中途部には供給管１５との接続部７ａが
あり、その接続部７ａに逆止弁１８が設けられる。この
逆止弁１８は、供給管１５側への燃料の流入を阻止する
働きをする。供給管１５からポンプ１４の入口側にかけ
てバイパス管１６が接続され、そのバイパス管１６に絞
り弁１７が設けられる。

【００２０】噴射管７には接続部７ａよりも噴射ポンプ
４側に支管７ｂがあり、その支管７ｂに電磁式の二方弁
１９および返送管２０を介して上記分離器１０が接続さ
れる。

【００２１】分離器１０は、返送管９，２０を介して返
送される燃料を軽油と水に分離する機能を有する。ここ
で分離される軽油は返送管２１を介してタンク１に戻さ
れ、水は返送管２２を介してタンク１１に戻される。水
を収容するタンク１１にこの発明の燃料回収装置３０が
接続される。

【００２２】この燃料回収装置３０は、排気中に含まれ
る水蒸気を凝縮して回収し、それを燃料としてタンク１
１に供給するものである。この燃料回収装置３０の具体
的な構成を図１に示す。

【００２３】エマルジョン燃料エンジンの排気経路にタ
ーボチャージャのタービン３１があり、そのタービン３
１より下流側の排気経路に、低圧タービン３２、復水器
３３、およびサイクロン３４が順次設けられる。

【００２４】低圧タービン３２はタービン３１を経た排
気流を受けて回転するようになっている。この低圧ター
ビン３２の回転軸に圧縮機３５の駆動軸が連結される。
圧縮機３５は、低圧タービン３２の回転を受けて駆動さ
れ、冷媒を吸込んで圧縮し、それを吐出する。

【００２５】圧縮機３５の吐出口に凝縮器３６が接続さ
れ、その凝縮器３６に減圧器たとえば膨張弁３７を介し
て上記復水器３３が接続される。そして、復水器３３が
圧縮機３５の吸込口に接続される。

【００２６】つまり、圧縮機３５、凝縮器３６、膨張弁
３７、および復水器３３によって冷凍サイクルが構成さ
れており、圧縮機３５から吐出される冷媒が矢印の方向
に流れることで復水器３３が蒸発器として機能し、排気
経路の排気が冷却されるようになっている。

【００２７】なお、圧縮機３５としては高効率タイプが
採用されており、低圧タービン３２の採用と合せて排気
系低圧損が保持され、これにより十分な排気効率が確保
される。

【００２８】復水器３３としては、たとえば多重管式の
熱交換器が用いられており、多数本の管に排気が通さ
れ、それら管の回りに冷媒が流される。サイクロン３４
は、遠心分離器であり、エンジン運転時に動作し、復水
器３３を経て流入する排気から凝縮水を分離して抽出す
る。この抽出される水はタンク１１に送られるようにな
っている。一方、４０は制御部である。この制御部４０
に、ポンプ２、三方弁１２、ポンプ１４、および二方弁
１９が接続される。

【００２９】制御部４０は、マイクロコンピュータおよ
びその周辺回路からなり、ポンプ２、三方弁１２、ポン
プ１４、および二方弁１９の動作をそれぞれ制御する機
能手段を有するが、主要な機能手段として、次の［１］
［２］を有する。

【００３０】［１］ポンプ１４を動作させながら三方弁
１２をオン，オフして同三方弁１２の２つの流路を交互
に開かせ、タンク１１の水とタンク１の軽油とをポンプ
１４に吸込ませて混合させる機能手段。

【００３１】［２］三方弁１２の各流路の開閉に基づく
水と軽油の混合比率を回転数センサ（図示しない）で検
知されるエンジン回転数およびアクセル開度センサ（図
示しない）で検知されるアクセル開度（＝エンジン負
荷）などに応じて制御する機能手段。つぎに、作用を説
明する。初めに、軽油のみの運転について説明する。こ
の場合、ポンプ２が動作され、ポンプ１４は動作されな
い。

【００３２】噴射ポンプ４のプランジャ４ｄが、カムシ
ャフト５の回転に基づくカム５ａの変位を受けて上下に
往復運動する。プランジャ４ｄが下降するとき、そのプ
ランジャ４ｄの上面が給排孔４ａの位置より下がったと
ころで、給排孔４ａを通した軽油の吸入が開始される。
このとき、デリバリバルブ４ｃがスプリングの力で下方
に変位して噴出口４ｂを塞いでいるので、噴出管７から
噴射ポンプ４への燃料の逆流が防止される。

【００３３】プランジャ４ｄが上昇するとき、そのプラ
ンジャ４ｄの上面が給排孔４ａの位置より上がったとこ
ろで、プランジャ４ｄの上方に存する軽油がデリバリバ
ルブ４ｃを押し上げ開いて噴射口４ｂから噴射される。
噴射される軽油は、噴射管７を介して噴射ノズル８に供
給される。

【００３４】プランジャ４ｄの上昇時、そのプランジャ
４ｄの側面における連通孔４ｅの開口が給排孔４ａに重
なったところで、プランジャ４ｄの上方に存する軽油が
連通孔４ｅを通して給排孔４ａに流れ、軽油の噴射が終
了する。給排孔４ａに流れた軽油の余り分は、返送管６
を介してタンク１に戻される。

【００３５】噴射ノズル８では、噴射管７から供給され
る軽油が給油路８ｄを通って噴射口８ａに供給される。
このとき、軽油の供給圧力でプランジャ８ｂが上昇し、
噴射口８ａが開き、気筒内の燃焼室に軽油が噴射され
る。

【００３６】噴射管７からの軽油の供給が止まると、プ
ランジャ８ｂが下降して噴射口８ａが閉塞され、軽油の
噴射が終了する。噴射ノズル８で噴射されなかった軽油
の余り分は、返送管９を介して分離器１０に戻され、そ
こから返送管２１を通ってタンク１に戻される。こうし
て、ディーゼルエンジンが軽油により運転される。次
に、エマルジョン燃料による運転について説明する。

【００３７】この場合、ポンプ２およびポンプ１４が動
作するとともに、三方弁１２がオン，オフする。三方弁
１２がオン，オフすると、その三方弁１２の２つの流路
が交互に開かれ、タンク１１の水およびタンク１の軽油
がポンプ１４に交互に吸込まれる。ポンプ１４に吸込ま
れた水と軽油はそこで混合されて乳化され、エマルジョ
ン燃料となる。

【００３８】この場合、図示しない回転数センサで検知
されるエンジン回転数、およびアクセル開度センサで検
知されるアクセル開度がエンジン負荷として取込まれ、
両取込みデータと制御部４０のメモリに予め記憶されて
いるデューティ比設定条件とに基づき、三方弁１２のオ
ン，オフデューティ（％）が設定される。

【００３９】三方弁１２のオン，オフの周期をｔ秒とす
ると、そのうちのオン時間の占める割合がデューティ
（％）である。三方弁１２の一方の流路（水側）につい
て見れば、デューティが大きいほど開時間が長くて閉時
間が短く、デューティが小さいほど開時間が短くて閉時
間が長い。三方弁１２の他方の流路（経由側）について
見れば、デューティが大きいほど開時間が短くて閉時間
が長く、デューティが小さいほど開時間が長くて閉時間
が短くなる。つまり、デューティが大きければ水量が多
くて軽油量が少なく、デューティが小さければ水量が少
なくて軽油量が多くなる。ポンプ１４で作られたエマル
ジョン燃料は、供給管１５に送られ、そこから噴射管７
の中途部の接続部７ａに送られる。

【００４０】噴射ポンプ４の非噴射時、噴射管７内の燃
料の圧力が接続部７ａに送られるエマルジョン燃料の圧
力よりも低くなると、そのエマルジョン燃料が噴射管７
に注入される。

【００４１】また、この非噴射時は、二方弁１９が所定
時間だけ開き、噴射管７の支管７ｂに残っている燃料と
上記注入されるエマルジョン燃料とが返送管２０に引き
込まれる。

【００４２】二方弁１９が閉じたとき、支管７ｂにはエ
マルジョン燃料のみが残り、図２に斜線で示すように、
支管７ｂの位置がエマルジョン燃料と軽油との境界点と
して設定される。

【００４３】なお、ポンプ１４から吐出されるエマルジ
ョン燃料のうち噴射管７に注入されなかったエマルジョ
ン燃料は、バイパス管１６を介してポンプ１４の入力側
に戻される。噴射管７に注入されたエマルジョン燃料
は、すぐに噴射ポンプ４の噴射圧力を受けて噴射ノズル
８へと送り込まれる。

【００４４】この噴射時は噴射管７内の軽油が支管７ｂ
の位置を越えて噴射ノズル８側に浸入するが、その軽油
は非噴射時の二方弁１９の開放により、すぐにまた返送
管２０へと引き込まれる。

【００４５】噴射ノズル８に送り込まれるエマルジョン
燃料は、給油路８ｄを通って噴射口８ａに供給される。
このとき、エマルジョン燃料の圧力でプランジャ８ｂが
上昇し、噴射口８ａが開き、燃焼室にエマルジョン燃料
が噴射される。

【００４６】噴射ポンプ４の噴射が止まると、エマルジ
ョン燃料の送り込みが終わり、プランジャ８ｂが下降し
て噴射口８ａが閉塞され、エマルジョン燃料の噴射が終
了する。

【００４７】この噴射終了時、デリバルバルブ４ｃのわ
ずかな吸い戻しストロークが働き、噴射管７内に瞬間的
に負圧が加えられる。この負圧により、噴射ノズル８の
噴射切れが良好となる。

【００４８】噴射ノズル８で噴射されなかったエマルジ
ョン燃料の余り分は、返送管９を介して分離器１０に戻
される。また、非噴射時の二方弁１９の開放によって返
送管２０に引き込まれた軽油およびエマルジョン燃料
も、分離器１０に戻される。

【００４９】分離器１０に戻された燃料は、そこで水と
軽油に分離される。分離された軽油は返送管２１により
タンク１に戻され、水は返送管２２によりタンク１１に
戻される。こうして、ディーゼルエンジンがエマルジョ
ン燃料により運転される。

【００５０】この場合、軽油と水をエンジン回転数およ
びエンジン負荷に応じた比率で混合してエマルジョン燃
料を作ることにより、燃焼騒音の低減、炭化水素（Ｈ
Ｃ）の増大抑制、加速騒音が低減、燃費の向上、窒素酸
化物（ＮＯｘ）の減少などが図れる。ところで、軽油の
みでの運転およびエマルジョン燃料での運転の別に限ら
ず、エンジンから排気が出る。この排気は排気経路を通
り、車外に排出される。排気経路を排気が通ると、ター
ビン３１および低圧タービン３２が回転し、低圧タービ
ン３２の回転によって圧縮機３５が駆動される。

【００５１】圧縮機３５が駆動されると、そこから冷媒
が吐出され、それが凝縮器３６に送られる。この凝縮器
３５では、冷媒が外気に熱を放出して凝縮する。凝縮器
３６を経た冷媒は膨張弁３７で減圧されて復水器３３に
送られる。この復水器３３では、冷媒が排気から熱を奪
って蒸発する。復水器３３を経た冷媒は圧縮機３５に吸
込まれる。排気中には通常１％ないし１２％の水蒸気が
含まれている。この水蒸気は復水器３３の冷却作用によ
って凝縮され、排気と共にサイクロン３４に流れる。サ
イクロン３４では、凝縮により得られる水が排気から分
離され、抽出される。この抽出される水は、燃料として
タンク１１に供給される。

【００５２】このように、エンジンの排気中に含まれる
水蒸気を凝縮して回収し、それを燃料としてタンク１１
に送ることにより、タンク１１内の水量の減少を補うこ
とができる。したがって、タンク１１への水の補給量あ
るいは補給回数が少なくなり、燃料の管理が大幅に簡略
化される。忙しい運転手にかかる負担が軽減される。

【００５３】なお、上記実施例では、ポンプ１４で作ら
れて吐出されるエマルジョン燃料を噴射管７に直接的に
注入する構成としたが、たとえばポンプ１４で作られて
吐出されるエマルジョン燃料をタンクに蓄え、そのタン
クのエマルジョン燃料をポンプの動作て二方弁の開閉と
で噴射管７に注入する構成としてもよい。この場合、二
方弁の開時間によってエマルジョン燃料の注入量を調節
することができる。

【００５４】この注入量の調節により、エマルジョン燃
料と軽油との境界点を所望の位置に設定することが可能
であり、そうすれば上記実施例における支管７ｂ、二方
弁１９、返送管２０が不要となる。

【００５５】しかも、噴射ノズル８で噴射されなかった
余ったエマルジョン燃料を上記新たに設けたタンクに戻
すようにすれば、分離器１０および返送管２１，２２も
不要となる。また、燃料として水および軽油を用いた
が、軽油以外の燃料を用いる場合にも同様に実施可能で
ある。

【００５６】

【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、第
１の燃料と第２の燃料とをエンジン回転数およびエンジ
ン負荷に応じた比率でミキサに供給し、エマルジョン燃
料を作る構成としたので、エマルジョン燃料の採用によ
って排気ガスの減少および燃費の改善が図れることはも
ちろん、燃焼騒音を低減させ、しかも炭化水素の増大を
抑制し得るエマルジョン燃料エンジンを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例の構成図。

【図２】同実施例に関わるエマルジョン燃料エンジンの
要部の構成図。

【符号の説明】

１…第１タンク、４…噴射ポンプ、７…噴射管、８…噴
射ノズル、１１…第２タンク、１２…三方弁、１４…燃
料圧送混合用ポンプ、３０…燃料回収装置、４０…制御
部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水を燃料の一部として使用するエンジン
   を備えた車両において、前記エンジンの排気経路に設け
   られた冷却手段を備え、排気中に含まれる水蒸気を凝縮
   して回収することを特徴とする燃料回収装置。