JPH06229345A - エマルジョン燃料エンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 エマルジョン燃料を完全燃焼させことにより
排煙濃度を低減させることができるエマルジョン燃料エ
ンジンを提供すること。 【構成】 第１の燃料タンクを貯留する第１の燃料タン
ク４６と、第２の燃料を貯留する第２の燃料タンク４４
と、第１の燃料タンク４６からの第１の燃料と第２の燃
料タンク４４からの第２の燃料とを所定比率で混合して
送出する三方電磁弁４２と、三方電磁弁４２において混
合される第１の燃料に予め気体を混入させる気体混入手
段４７，４８と、混入手段４７，４８から送出される気
体が混入された第１の燃料と第２の燃料を混合したエマ
ルジョン燃料を循環ポンプ４１により循環保持する循環
路３１とを備え、循環路３１をそれぞれ連結管３３ａ〜
３３ｄを介して各気筒の噴射管の中途位置にそれぞれ接
続し、この接続部から噴射ポンプ側に所定間隔離れた噴
射管に分岐接続される分岐管３５ａ〜３５ｄにそれぞれ
配設された電磁スピル弁３４ａ〜３４ｄとから構成され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はエマルジョン燃料を燃料
とするエマルジョン燃料エンジンに関する。

【０００２】

【産業上の利用分野】排気ガス中のＮＯｘの低減及び燃
費率を改善するために、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】従来のエマルジョン燃料エンジンは単に燃
料タンクに軽油の代わりに、予め調合されたエマルジョ
ン燃料を溜めておき、必要に応じて噴射ポンプにエマル
ジョン燃料を送り、エマルジョン燃料を噴射ノズルに圧
送するようにしていた。

【０００４】従来のエマルジョン燃料エンジンにおいて
は、燃料タンク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、さらに
は燃焼騒音が悪化するという問題点があった。

【０００５】また、ディ−ゼルエンジンの噴射系部品に
はミクロンオ−ダ−のクリアランスで燃料中を摺動する
部品が多いが、水粒を内包するエマルジョン燃料によっ
て、噴射ポンプにおいて潤滑不良、発錆による異常磨耗
が起こり、噴射ポンプの耐久性が低下するという問題が
あった。

【０００６】そこで、エマルジョン燃料を噴射ポンプと
噴射ノズルとの間に位置する噴射管途中から混入され、
噴射ポンプにはエマルジョン燃料を通過させないように
したエマルジョン燃料エンジンが提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このようなエマルジョ
ン燃料エンジンにおいては、各気筒内でのエマルジョン
燃料を完全燃焼させるようにして排煙濃度を低減させる
ことが望まれている。

【０００８】本発明は上記の点に鑑みてなされたもの
で、その目的はエマルジョン燃料を完全燃焼させことに
より排煙濃度を低減させることができるエマルジョン燃
料エンジンを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は第１の燃料タン
クを貯留する第１の燃料タンクと、第２の燃料を貯留す
る第２の燃料タンクと、第１の燃料タンクからの第１の
燃料と上記第２の燃料タンクからの第２の燃料とを所定
比率で混合して送出する混合手段と、混合手段において
混合される第１の燃料に予め気体を混入させる気体混入
手段と、混合手段から送出される気体が混入された第１
の燃料と第２の燃料を混合したエマルジョン燃料を循環
ポンプにより循環保持する循環路とを備え、循環路をそ
れぞれ連結管を介して各気筒の噴射管の中途位置にそれ
ぞれ接続し、この接続部から噴射ポンプ側に所定間隔離
れた噴射管に分岐接続される分岐管にそれぞれ配設され
た電磁スピル弁とから構成されている。

【００１０】

【作用】第１の燃料（例えば、水）に気体（例えば、空
気）を混入させておくことにより、噴射時に混入してい
た空気の減圧沸騰による微粒子化効果により第２の燃料
（例えば、軽油）を微粒子化させ、エマルジョン燃料を
完全燃焼させ、排煙濃度を低減させている。

【００１１】

【実施例】以下図面を参照して本発明の一実施例に係わ
るエマルジョン燃料エンジンについて説明する。図１は
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
全体システム構成を示す構成図、図２はエンジン回転数
とエンジン負荷に対する水／軽油（Ｗ／Ｆ）比を示すマ
ップ、図３は三方電磁弁４２のオン／オフ作動により行
われる水と軽油との混合される状態と筒内圧との関係を
示す図、図４は通常状態での電磁スピル弁のオン／オフ
状態と筒内圧との関係を示す図である。

【００１２】図１は４気筒ディ−ゼルエンジンをエマル
ジョン燃料で運転する全体システム構成図であり、図１
においては＃４気筒の噴射系について詳細に図示してい
るが、＃３〜＃１気筒の噴射系についても同様に構成さ
れている。図１において、１１は噴射ポンプである。こ
の噴射ポンプ１１はカムシャフト１２の回転と共に回転
するカム１３の回転に応じてプランジャ１４を上下に往
復運動させることにより、プランジャ１４の上端面が給
排油孔１５より下がった位置にきたときから燃料の吸入
を開始し、プランジャ１４の上端面が給排油孔１５より
上がってから燃料の圧送を開始し、プランジャ１４の周
面に刻まれたリ−ド１６が給排油孔１５に重なると、燃
料の圧送を終了する。

【００１３】また、噴射ポンプ１１の上端部には＃４気
筒の噴射管１７の一端が連結されている。なお、噴射ポ
ンプ１１の上端部において、噴射ポンプ１１と噴射管１
７とを連結している連結部には等圧弁１８が配設されて
いる。

【００１４】また、前述した噴射管１７の他端は＃４気
筒の噴射ノズル２１の給油孔２２に連結されている。つ
まり、この給油孔２２を介して噴射管１７から圧送され
る燃料がノズル２１の下方に導かれ、その圧力によりニ
−ドルバルブ２３を押し上げることにより、燃料が噴射
孔２４を介して燃焼室に噴射される。

【００１５】また、３１はエマルジョン燃料を循環保持
するエマルジョン燃料循環路である。この循環路３１の
一部は循環路３１のエマルジョン燃料の圧力が噴射管１
７の燃料の圧力より高くなると、該エマルジョン燃料の
噴射管１７への侵入を可能にする逆止弁３２ａが介装さ
れて連結管３３ａを介して噴射管１７に接続されてい
る。この接続部Ａより設定距離Ｌだけ噴射ポンプ１１側
に位置するＢ位置に常閉の電磁スピル弁３４ａが取り付
けられた分岐配管３５ａの一端が接続されている。電磁
スピル弁３４ａが開けられることにより排出されるエマ
ルジョン燃料はその後図示しない分離器により水と軽油
に分離された後、水タンク４６と軽油タンク４４に貯留
される。ここで、噴射管１７の内径をｄ［mm］、一回の
噴射量をｑ［mm³ ］とすると、

【００１６】Ｌ≧４ｑ／πｄ² に設定されおり、エマル
ジョン燃料を最大限に噴射した直後であっても、エマル
ジョン燃料を押し出す役目をする軽油の先端がＡ位置よ
り噴射ノズル２１側に行かないようにしている。

【００１７】ところで、前述したエマルジョン燃料循環
路３１にはエマルジョン燃料を攪拌及び循環させるため
循環ポンプ４１が設けられている。この循環ポンプ４１
の吸入口側には三方電磁弁４２が接続されている。この
三方電磁弁４２は第１の入力口と第２の入力口とを選択
的に循環路３１に接続する機能を有する電磁弁である。
つまり、三方電磁弁４２がオン（開）位置では第１の入
力口に供給される水（第１の燃料）は循環路３１に供給
され、三方電磁弁４２がオフ（閉）位置では第２の入力
口に供給される軽油（第２の燃料）は循環路３１に供給
される。従って、三方電磁弁４２のオン時間とオフ時間
との比（デュ−ティ比）に応じて循環路３１に循環保持
されるエマルジョン燃料の水／燃料比が決定される。さ
らに、三方電磁弁４２の循環ポンプ４１と反対側には減
圧用の絞り弁４３が設けられている。

【００１８】以上の説明は循環路３１に逆止弁３２ａが
配設された連結管３３ａを介して＃４気筒の噴射管１７
に接続した構成について述べたが、＃３気筒、＃２気
筒、＃１気筒の噴射管１７に対しても逆止弁３２ｂ〜３
２ｄがそれぞれ配設された連結管３３ｂ〜３３ｄを介し
て同じように接続されている。ここで、＃３気筒の電磁
スピル弁３４ｂ、＃２気筒の電磁スピル弁３４ｃ、＃１
気筒の電磁スピル弁３４ｄについても＃４気筒の電磁ス
ピル弁３４ａと同一な配置関係で＃３〜＃１の噴射管１
７に分岐接続された分岐配管３５ｂ〜３５ｄに接続され
ている。

【００１９】ところで、４４は第２の燃料である軽油を
貯留する軽油タンクである。この軽油タンク４４は燃料
管４５を介して三方電磁弁４２の第２の入力口に接続さ
れ、燃料管４５には燃料を供給するための燃料ポンプ４
５ｐが設けられている。

【００２０】また、４６は第１の燃料である水を貯留す
る密閉構造を有する水タンクである。この水タンク４６
内には大気を圧搾して吐出するコンプレッサ４７の出力
配管が導入されている。さらに、このコンプレッサ４７
の出力配管は合流管４８の一方の入力口に接続される。
さらに、水タンク４６はこの燃料ポンプ４９ｐが配設さ
れた燃料管４９を介して合流管４８の他方の入力口に接
続され、この合流管４８の出力口は燃料管５０を介して
三方電磁弁４２の第１の入力口に接続されている。ここ
で、燃料管５０上において三方電磁弁４２の第１の入力
口の直上流には水に完全に溶解しなかった空気を分離す
るための気水分離器５０ｄが配設されている。

【００２１】また、５１は本エマルジョン燃料エンジン
を電子的に制御するためのコントロ−ラであり、マイク
ロコンピュ−タ及びその周辺回路より構成されている。
このコントロ−ラ５１にはラック位置を示すラック位置
信号、エンジン回転数Ｎｅ信号、カム角信号、エンジン
水温信号が入力されている。そして、コントロ−ラ５１
は三方電磁弁４２に開閉信号ａを、＃４〜＃１気筒の電
磁スピル弁３４ａ〜３３ｄに開閉信号＃４〜＃１をそれ
ぞれ出力する。

【００２２】また、コントロ−ラ５１はエンジン回転数
Ｎｅとエンジン負荷（ラック位置）に応じてエマルジョ
ン燃料の水と軽油との比（Ｗ／Ｆ比）を決定する図２に
示すマップをメモリを備えている。

【００２３】そして、コントロ−ラ５１はエンジン回転
数Ｎｅとエンジン負荷（ラック位置）に応じて図２のマ
ップを参照してエマルジョン燃料の水と軽油との比を決
定する混合比決定機能、エマルジョン燃料の混合比を制
御すべく三方制御弁４２をデュ−ティ制御する機能、カ
ム角信号に応じて＃４〜＃１気筒の電磁スピル弁３４ａ
〜３４ｄを所定タイミングで順次設定時間だけ開ける機
能（通常状態）等を備えている。

【００２４】次に、上記のように構成された本発明の一
実施例の動作について説明する。まず、軽油のみでディ
−ゼルエンジンを運転する場合には循環ポンプ４１は停
止させておく。この場合には、噴射ポンプ１１はカムシ
ャフト１２の回転と共に回転するカム１３の回転に応じ
てプランジャ１４を上下に往復運動させることにより、
プランジャ１４の上端面が給排油孔１５より下がった位
置にきたときから軽油タンク４４からの燃料の吸入を開
始し、プランジャ１４の上端面が給排油孔１５より上が
ってから燃料の圧送を開始し、プランジ１４の周面に刻
まれたリ−ド１６が給排油孔１５に重なると、圧送を終
了する。従って、噴射ポンプ１１から噴射管１７を介し
て圧送された軽油は噴射ノズル２１を介して燃焼室に噴
射され、ディ−ゼルエンジンが軽油により駆動される。

【００２５】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循環ポンプ４１を作動させてる
と共に、三方電磁弁４２を所定のデュ−テイ比でオン／
オフ制御し、電磁スピル弁３４ａを図４に示すようなタ
イミングで開閉制御する。

【００２６】ところで、コンプレッサ４７及び燃料ポン
プ４９ｐが駆動されると、圧縮空気は水タンク４６に導
入されるため、水タンク４６に貯留されている水に空気
が溶解する。さらに、燃料管４９を介して供給される水
に合流管４８において空気が溶解される。このようにし
て、三方電磁弁４２の第１の入力口には空気が溶解した
水が供給されることになる。この結果、三方電磁弁４２
をデュ−ティ制御することにより空気が溶解している水
と軽油が所定の比率で循環路３１に供給される。

【００２７】そして、定常状態において電磁スピル弁３
４ａが開いている設定時間は、噴射管１７の圧力は大気
圧となり、循環路３１のエマルジョン燃料の圧力が噴射
管１７の燃料の圧力より高くなるため、その期間におい
て逆止弁３２ａが開き、マルジョン燃料が逆止弁３２ａ
を介して噴射管１７に侵入し、Ａ位置とＢ位置はエマル
ジョン燃料で満たされる。そして、図４のタイミングで
電磁スピル弁３４ａを閉じると、噴射ポンプ１１から圧
送される軽油により今回侵入したエマルジョン燃料が圧
送され、図４に示すように筒内圧が上昇し、噴射ノズル
２１からエマルジョン燃料が噴射され、ディ−ゼルエン
ジンがエマルジョン燃料で駆動されるされることにな
る。

【００２８】ところで、筒内に噴射されたエマルジョン
燃料に溶解している空気は減圧沸騰し、その微粒子効果
により軽油が粉砕されて軽油が完全燃焼する。さらに、
空気を溶解しておくことにより、軽油が燃焼している最
中に空気量が増大するため一層完全燃焼を助長させるこ
とができる。このように完全燃焼を助長させることがで
きるので、排煙濃度を低下させることができる。

【００２９】以下、＃３〜＃１気筒に対しても同様にし
て電磁スピル弁３４ｂ〜３４ｄが開閉制御され、エマル
ジョン燃料が噴射され、４気筒ディ−ゼルエンジンがエ
マルジョン燃料で運転される。

【００３０】また、循環路３１には循環ポンプ４１の内
部の羽根により三方電磁弁４２を介して混入さた水と軽
油をよく攪拌するようにしたので、循環路３１のいずれ
も箇所においても均一な比率で水と軽油が混合されてい
る。このため、循環路３１に連結管３３ａ〜３３ｄを各
気筒の噴射管１７を接続しておくことにより、各気筒に
噴射されるエマルジョン燃料の水／軽油比を同一に保つ
ことができるので、エンジン回転むらをなくすことがで
きる。

【００３１】さらに、循環路３１に循環ポンプ４１でエ
マルジョン燃料を循環させておくことにより長時間経て
も水と軽油が分離されることがないので、高価な乳化剤
を使用しなくても良い。さらに、従来のような超音波ミ
キサを不要とすることができる。

【００３２】ところで、循環路３１に供給される水と軽
油との混合比は三方電磁弁４２のデュ−ティ比により決
定されるもので、このデュ−ティ比はエンジン回転数Ｎ
ｅとエンジン負荷（ラック位置）により応じて決定され
る。

【００３３】つまり、図２に示すように低負荷ではＷ／
Ｆ比を小さくしてエマルジョン燃料中の水の割合を小さ
くし、高負荷になるに従ってＷ／Ｆ比を大きくするよう
に設定している。

【００３４】そして、Ｗ／Ｆ比が決定されると、コント
ロ−ラ５１は三方電磁弁４２のオン時間ｔｗとオフ時間
ｔｆを算出し、三方電磁弁４２を図３に示すようにして
オン／オフ制御する。この結果、図２に示すマップで決
定されたＷ／Ｆ比のエマルジョン燃料が循環路３１にお
いて循環保持される。なお、上記実施例では第１の燃料
に空気を融解していたが、空気に限らずＣＯ₂ 、Ｎ
Ｈ₃ 、Ｏ₂ 、Ｈ₂ 等の気体であっても良い。なお、上記
実施例では第１の燃料として水を使用したが、アルコ−
ルであっても良い。さらに、上記実施例では第２の燃料
として軽油を使用したがＡ重油、Ｃ重油、灯油であって
も良い。

【００３５】さらに、上記実施例では４気筒ディ−ゼル
エンジンをエマルジョン燃料で運転する構成について述
べたが、他の多気筒ディ−ゼルエンジンをエマルジョン
燃料で運転する場合についても同様に実施可能である。

【００３６】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、エ
マルジョン燃料に気体を溶解するようにしたので、エマ
ルジョン燃料を完全燃焼させことができ、エンジンから
排出される排煙濃度を低減させることができるエマルジ
ョン燃料エンジンを提供することができる。

【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
ンジンの全体構成を示す構成図。

【図２】同実施例に係わるエンジン回転数とエンジン負
荷に対する水／軽油比率を示すマップ。

【図３】同実施例に係わる三方電磁弁のオン／オフ作動
により行われる水と軽油との混合される状態を示す図。

【図４】同実施例に係わる電磁スピル弁のオン／オフ状
態と噴射筒内圧との関係を示す図。

【符号の説明】 １１…噴射ポンプ、１２…カムシャフト、１３…カム、
１４…プランジャ、１５…給排油孔、１６…リ−ド、１
７…噴射管、１８…等圧弁、２１…噴射ノズル、２２…
給油孔、２３…ニ−ドルバルブ、２４…噴射孔、３１…
エマルジョン燃料循環路、３２…逆止弁、３３ａ〜３３
ｄ…連結管、３４ａ〜３４ｄ…電磁スピル弁、３５ａ〜
３５ｄ…分岐配管、４１…循環ポンプ、４２…三方電磁
弁、４３…絞り弁、４４…軽油タンク、４５，４９，５
０…燃料管、４６…水タンク、４７…コンプレッサ、４
８…合流管、５０ｄ…気水分離器、５１…コントロ−
ラ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の燃料タンクを貯留する第１の燃料
   タンクと、 第２の燃料を貯留する第２の燃料タンクと、 上記第１の燃料タンクからの第１の燃料と上記第２の燃
   料タンクからの第２の燃料とを所定比率で混合して送出
   する混合手段と、 上記混合手段において混合される第１の燃料に予め気体
   を混入させる気体混入手段と、 上記混合手段から送出される気体が混入された第１の燃
   料と第２の燃料を混合したエマルジョン燃料を循環ポン
   プにより循環保持する循環路とを備え、 上記循環路をそれぞれ連結管を介して各気筒の噴射管の
   中途位置にそれぞれ接続し、この接続部から噴射ポンプ
   側に所定間隔離れた噴射管に分岐接続される分岐管にそ
   れぞれ配設された電磁スピル弁とを備えたことを特徴と
   するエマルジョン燃料エンジン。