JPH06294353A - ディーゼルエソジンの燃料消費と排気ガス浄化改善 システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ディーゼルエンジンの燃料消費率の向上と排
気ガス浄化の為のエンジン改良システムとして実用的で
効果の期待される高温高圧燃料供給装置と排気ガス中の
浮遊微粒子状物質，硫黄酸化物及ひ窒素酸化物の一部を
効果的に除去する排気ガス浄化装置との組み合わせシス
テムを提供することにある。 【構成】 ディーゼルエンジンの燃料噴射系統におい
て，噴射ポンプから噴射ノズルにいたる燃料流路（噴射
パイプ）の噴射ノズル先端側部分に設けた注入孔より，
噴射ポンプの数ストローク分に見合う領域分量のみ高温
高圧のエマルジョン燃料を注入させ，噴射ポンプの噴射
にてノズルより高温高圧エマルジョン燃料を噴射させ，
燃焼の改善を行うとともに，エンジン排気口からの排気
ガスを排気ガス浄化装置により，その水蒸気成分を吸熱
凝縮により液体として回収すると同時に排気ガス中の浮
遊微粒子状物質，硫黄酸化物及び窒素酸化物を廃液中に
溶け込ませて同時に回収する装置及ひシステム。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，軽油，Ａ重油，Ｂ重
油，Ｃ重油，メタノール，ＬＰＧ，ＬＮＧ，及び各種エ
マルジョン燃料を用いる改良型ディーゼルエンジン，さ
らには燃料消費率を向上させ，排気ガス中の浮遊徴粒子
状物質，硫黄酸化物，あるいは窒素酸化物を低減させる
低公害省エネルギー型のディーゼルエンジンの改良シス
テムで，用途としては船舶用エンジン，発電機用エンジ
ン，大型車両用エンジン，大型建設機械用エンジンに関
する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンの燃費低減の方法あ
るいは排気ガスの低公害化の方法，さらには低質重油を
燃料にした場合の運転改善等について，従来から種々の
発案，考案がなされてきた。例えば永久磁石の磁気を用
いた燃料の改質装置，高電圧による電界を用いた燃料の
改質装置，燃料噴射パイプ全体を加熱して燃料の温度を
高めて燃料の粘性を低下させ燃焼の改善を行うもの，燃
料噴射パイプ内の燃料を加熱した場合の熱膨張及び気泡
発生の影響を改善したもの・燃料を加熱ガス化して各シ
リンダーに設けた第二の噴射ノズルにて噴射させるも
の，さらにはシリンダー内に水を噴射したり，エマルジ
ョン燃料を生成して利用するもの等々の技術が提起され
てきた。

【０００３】しかしながら，従来からの提案は極めて限
定された範囲のものであり，利用する燃料の種類も制限
的であり，例えば燃料を噴射バイプ内にて加熱・高温化
すれば燃焼性は向上するが，燃料噴射ポンプの噴射特性
が低下する等々，燃料の多様性とエンジンの適応性の広
さ，要求実用レベルでの省エネルギー性と低公害性の両
立という観点からは十分な満足までは至らなかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は，燃料噴射ポンプの耐久性，噴射特性を損な
うことなく，燃料油の微細改質と燃焼室に高温化された
軽油，重油，軽油エマルジョン燃料，重油エマルジョン
燃料を噴射することが可能で，さらには軽油メタノール
混合燃料，重油メタノール混合燃料，ＬＰＧ軽油混合燃
料などの組み合わせ燃料をも利用できる低公害，省エネ
ルギー型のエンジン改良システムとエンジン排気ガス中
の浮遊微粒子状物質，硫黄酸化物，あるいは窒索酸化物
を効果的に低減させる除去装置及びシステムを提供する
ことにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本願の第一第二発明は，
デイーゼルエンジンの燃料噴射ポンプの噴射特性を損な
うことなく，安定的に可能なかぎり高温度の燃料を噴射
ノズルからシリンダー内に噴射させ，燃料の燃焼性向上
を計るものである。

【０００６】このために噴射ノズルの先端近傍の部分領
域にのみ高温燃料を注入可能なような注入孔を設け，注
入ポンプにより加圧した高温燃料を燃料噴射パイプの設
定残留圧よりやや高い圧力にて燃料流路に注入する。ま
た注入ポンプから注入孔迄の注入路に流量制御オリフィ
スと注入の逆流を防ぐ逆止弁を設け，燃料流路の噴射ポ
ンプ側に先の注入量と同量の燃料を燃料流路外に排出す
る為の燃料排出孔を設け，さらに排出量を調整する為の
流量制御オリフィスと燃料流路の残留圧力を調節する為
のシーケンス弁を配し，また必要に応じて注入ポンプと
同調する排出ポンプを通じて燃料タンク側に排出燃料を
戻してもよい。この時燃料噴射ポンプに供給される燃料
は加熱されておらず常温とする。

【０００７】またこの時注入量を燃料噴射ポンプの噴射
量の７０％以上，９５％以内とし．燃料流路に発生する
往復振動流が全体的に燃料噴射ポンプ側から噴射ノズル
側に向かって流れるようにする。

【０００８】燃料流路及び注入路で高温燃料が流れる部
分は断熱材を用いて熱発散を減らし，必要に応じて流路
の一部を電熱加熱してもよい。また外部から注入する燃
料の加熱はエンジンの始動時は電熱加熱としエンジン温
度が上昇した後は，エンジンの発熱，即ちシリンダーブ
ロックに発生する熱と排気ガスの熱を重点的に利用し，
エネルギー回収を計る。

【０００９】第三発明は，外部注入燃料を極限近くまで
高温化させ燃焼性の向上を計るものである。これは作動
時の燃料流路圧力における液体の飽和蒸気温度により近
い温度まで外部注入燃料を加熱することを意味し，例え
ばＣ重油を外部注入燃料とし軽油を燃料噴射ポンプに供
給する場合は，軽油の沸点（１ａｔｍにおける）１６０
℃から３８０℃を超える温度にてＣ重油を燃料流路に注
入することを意味する。

【００１０】第四発明は，外部注入燃料としてエマルジ
ョン燃料を含めた複合燃料を用いる場合で，撹拌混合を
するミキサー自体を加圧することにより，ＬＰＧと軽油
の複合燃料やさらにＬＰＧ−軽油−水エマルジョン燃
料，高圧においてはＣＮＧ（圧縮天然ガス）と他の液体
燃料との複合燃料をも利用可能となる。この場合，複合
燃料の温度は低温沸点側の加圧液化ガスが液体状態を維
持できる範囲の高温とする。またミキサーで高温高圧に
て攪拌混合を行うと，Ｃ重油−水エマルジョン燃料等の
利用も可能となる。

【００１１】第五発明は，燃料噴射ポンプに供給する軽
油あるいは重油を前段階にて磁界・及び電界を作用させ
粒子を徴細に改質処理するもので，特にエンジンの始動
時の排気ガスの改善と燃費の向上に寄与する。燃料噴射
ポンプの前段階上流側に燃料油を通過させる筒状の絶縁
された構造体を設け，この中に数ミリ程度に間隔を開け
た電極盤を絶縁支持具にて燃料が通過しやすい方向に積
層状に配列設置し，一枚毎に互いに逆の電極性として同
極性どうしの電極を導線で接続しコンデンサーを構成さ
せ，さらに筒状の絶縁された構造体内の通過路の一部に
支持具によりコイルを設置し，コイルの一端とコンデン
サーの一端を導線で接続して，ＬＣ共振回路を構成させ
る。

【００１２】ＬＣ回路としては，電流共振，電圧共振の
どちらも用いる事が可能であり，この筒状の電磁燃料改
質器の中に燃料噴射ポンプに通じる燃料を通過させ，外
部の制御電源にてこのＬＣ回路を発振状態にして燃料の
改質を行う。このＬＣ回路に対する外部電源からのエナ
ルギー供給は，直接ＬＣ回路に結線して電圧を印加して
もよいが，電磁燃料改質器のコイルの近傍にさらに別の
エネルギー供給用のコイルを設置して電流を流し相互誘
導によってエネルギーを供給してもよい。

【００１３】第六発明は，エマルジョン燃料を外部注入
燃料として用いる場合には特に有効で，過飽和状態の水
蒸気が微粒子等の核に凝縮液体化しやすく，水が各種ガ
スを吸収しやすいことを応用したものである。これはエ
ンジンの排気口の後段階に排気ガス中の水蒸気を凝縮さ
せる為の熱交換室を設置し排気ガスを定温圧縮，断熱膨
張をさせたり，あるいはヒートポンプ，冷却水を用いて
ガス温度を水蒸気の凝縮点以下にし，ガス内の水蒸気を
液体として回収する。収集した液体はタンクに貯蔵して
別途処理をする。またエンジン排気口で水を噴霧してか
ら排気ガス浄化装置に導いてもよい。

【００１４】

【作用】表１は各種代表的な燃料の諸物性の傾向を記載
したものである。メタノール，ガソリン・軽油，メタ
ン，エタン，プロパン，ｎ−プタンの１ａｔｍにおける
沸点，発火温度の傾向が示されている。これより軽油の
沸点は約１６０℃から３８０℃，発火温度は２４０℃か
ら３８０℃であることが分かり，複合燃料を生成した場
合の温度の選定の目安ができる。

【００１５】

【表１】

【００１６】図１は全体の動作システムの説明図であ
る。燃料タンク１４から噴射ポンプ１に至る経路は燃料
の微細改質を行う電磁燃料改質器２４が設置されている
以外は通常のエンジンと同様である。噴射ポンプ１の吐
出口にセラミックス断熱パイプ２５が装着され燃料流路
（高圧パイプ）に接続されている。燃料流路の燃料噴射
ノズル側にもセラミックス断熱パイプ２５が装着されて
いる。勿諭，噴射ポンプ１の吐出口から燃料噴射ノズル
５に至る燃料流路（高圧パイプ）１３全てをセラミック
ス断熱バイプ材で構成することも可能である。燃料噴射
ポンプ側セラミックス断熱パイプ２５には燃料流路中の
燃料を排出するための排出孔と排出する燃料の流量を制
御する為の流量制御オリフィス４が設けられている。流
量制御オリフィス４は燃料の温度，粘性，圧力に応じて
様々なサイズのものが用意され，容易に交換が可能であ
る。流量制御オリフィス４の下流には流量計３２が設置
され，さらに排出量の調整と燃料流路１３内の残留圧力
調整の為のシーケンス弁３ａが設置され燃料タンク１４
側または燃料ポンプ１９側に戻される。噴射ノズル側セ
ラミックス断熱パイプ２５には外部からの注入燃料の加
熱の為のセラミックスヒーター２６が設けられている。

【００１７】燃料タンク１５はＡ重油，Ｂ重油，Ｃ重
油，ＬＰＧ，ＬＮＧ用のタンクであり，仮にタンク１４
と同質燃料を使用する場合は省略できる。燃料タンク１
５の加熱ヒータ２２はＢ重油，Ｃ重油，を用いる場合に
必要とする。燃料タンク１５と水タンク１６から逆止弁
１７を通り，エンジン発熱及びヒーターによる加熱領域
（熱交換器）１８を通り燃料ポンプ１９，水ポンプ２０
により高温加圧ミキサー２８に燃料と水を加圧供給す
る。この時の圧力の設定はシーケンス弁３の設定により
行われ，勿論・水供給用と燃料供給用のシーケンス弁３
の設定圧は同じである。ミキサー（エマルジョン主成
器）２８のエマルジョン燃料は循環路２７を通り，加熱
ヒーター２２を有する熱交換器１８にてさらに高温化さ
れる。またミキサー２８及び関連流路内の燃料の熱膨張
を吸収する為に熱膨張吸収用タンク２９により規定圧以
上の圧力上昇を防いでいる。次に注入ポンプ制御装置３
１にて駆動される外部燃料注入用高圧ポンプ３０にて逆
止弁１７を通り流量制御オリフィス４を経て燃料流路の
燃料噴射ノズル側にエマルジョン燃料，あるいは複合燃
料を注入する。

【００１８】燃料噴射ノズルの開弁圧を２００ｋｇ／ｃ
ｍ^２とした場合，ポンプ３０の圧力は１２０ｋｇ／ｃｍ
^２以内とし燃料流路の残留圧調整用のシーケンス弁３ａ
は５０ｋｇ／ｃｍ^２程度の設定とする。ミキサー２８へ
の水あるいは燃料の供給圧，温度は使用する燃料によっ
て異なるが，圧力で２０ｋｇ／ｃｍ^２から７０ｋｇ／ｃ
ｍ^２程度で，温度は４０℃から２２０℃程度である。ま
たミキサーその他の高温燃料通路はセラミックス等の断
熱材料を用いることが好ましい。燃料噴射ポンプ１と注
入ポンプ３０の流量は注入ポンプ３０の流量をポンプ１
より５〜３０％減じた流量とすることが望ましい。また
注入ポンプ３０は連続運転であるが燃料噴射ポンプ１の
作動時には圧力バランスにて燃料流路１３への注入は成
されず，燃料噴射ポンプ１の噴射終了後の燃料流路の圧
力低下時から注入が動作する。流量制御オリフィス４は
燃料噴射ポンプ１の作動時に若干の高圧燃料の通過が起
こるが，その通過率を全噴射量の５％以内とする。

【００１９】図２は燃料流路１３の内部の燃料の動きを
示した。燃料噴射ポンプ１から燃料噴射ノズル５に至る
燃料流路で斜線部分７は外部からの注入燃料で高温であ
る。燃料注入路１２と燃料注入孔１１は経路のどの位置
に設けるかによって全体の特性も変化する。一つは噴射
ノズルホルダーの内部に合流路を設ける方法とあるい
は，噴射ノズルと噴射バイプの間に２５の様に設置する
場合がある。燃料流路中の燃料は噴射ポンプの噴射と注
入ポンプからの注入により，図４に示す様に絶ず前後運
動を繰り返し全体量として，燃料噴射ポンプ１から燃料
噴射ノズル５への流れを構成している。また外部注入燃
料の領域は常に燃料噴射ノズル先端側の一部分領域に限
られて在留している。

【００２０】噴射ポンプからの常温燃料８と注入ポンプ
からの高温燃料の界面は徐々に攪拌混合し，また燃料流
路のパイプ内面からの熱伝導も加わり，燃料流路内の燃
料温度分布は図５の様な傾向を示す。図５は燃料噴射パ
イプの内径を２ｍｍ，配管長さを６００ｍｍとした時の
想定図である。燃料噴射パイプの高温接触部分を断熱材
にて構成すると熱伝導率上好ましい。また燃料流路内の
液体による熱伝導は金属に比べて二桁程度小さく，対流
による熱伝達の方が遥かに大きい。

【００２１】図６は燃料流路（高圧パイプ）内の燃料温
度と音速，体積弾性係数の特性であるが，燃料噴射ポン
プの噴射特性から見て燃料温度が低い程音速が早く，体
積弾性係数が高い。また同様に燃料圧力が高い程音速が
早く，体積弾性係数が高い。従って噴射特性から見れば
低温燃料を高い燃料噴射パイプ残留圧にて使用すること
が好ましいが，一方燃料の燃焼性から見れば，より高い
温度にて噴射後直ちにガス化する燃料を噴射することが
好ましい。

【００２２】従ってこの２つの要求を同時に満足させる
方法として燃料流路先端領域にのみ高温燃料を供給して
比較的低温度の燃料にてこの高温化燃料を噴射させる方
法を用いることが合理的である。

【００２３】図３は外部燃料の注入位置，注入量によっ
て毎回の噴射燃料の供給特性を変化させることを示して
いる。左から右に順に１００％外部注入高温燃料にての
噴射，燃料ポンプからの燃料を先行噴射させ続いて外部
注入燃料を噴射させる方法，先端と最後のみ燃料噴射ポ
ンプからの燃料を噴射させ中間部分は外部注入燃料を噴
射させる方法，さらに中間に一部分燃料噴射ポンプから
の燃料を噴射させ，前後は外部注入燃料を噴射させる方
法，種々モードを用いることができる。難燃性燃料の場
合は高温化すること自体で着火性が向上し，着火遅れを
改善できるが，上記モードを用いればエンジン始動時等
さらに燃焼改善が行われる。また図３では外部注入燃料
と燃料噴射ポンプからの燃料の界面（境界）をはっきり
表示しているが，これは説明のためであり，実際には界
面が混ざり合い一方が高濃度で存在する領域という概念
が含まれる。

【００２４】注入ポンプの制御については，従来の他の
装置と同様に燃料噴射ポンプの流量と外部から注入する
燃料の種類，温度によってプログラム制御させる。また
単一燃料あるいは複合燃料を利用する場合の設定圧力と
温度．流量制御オリフィスの選定の目安は表１，図７の
有機化合物及び水の飽和蒸気圧特性，図８の石油系燃料
の粘度−温度特性より勘案して行う。

【００２５】ここで流量制御オリフィスの作用について
要約を述べると，まず第一に燃料流路（高圧パイプ）内
に生じる燃料噴射ポンプの数ミリ秒以内，数百ｋｇ／ｃ
ｍ^２という衝撃圧をブロックし，第二に燃料噴射直後に
燃料流路の内圧が以上に低下したときに外部注入ポンプ
から燃料流路に瞬間的な噴射注入を防ぎ，第三に多気筒
エンジンに適応する場合に流量制御オリフィスの抵抗を
管路抵抗より大きく設定することにより，各気筒毎に供
給する注入量のばらつきを減少させ，さらにシーケンス
弁３ａの設定と併せてばらつきを無くす作用を有する。

【００２６】図９は燃料の電磁改質器である。セラミッ
クスのケース内に絶緑対３５にて支持された多層の円筒
型電極または多層平板電極３４を設け，もう一方の側に
中空セラミックスパイプ３６の周囲にコイル３７を巻
き，さらに内側に内径の小さなセラミックスパイプとコ
イルを設け，このセラミックスのケース内に燃料油を導
き，燃料油を絶縁油とし，３４をコンデンサー電極とす
るコンデンサーを作り，このコンデンサーの両極３８と
内側コイルまたは外側コイルを結線し，ＬＣ回路を形成
させる。コンデンサーと結線していないもう一方のコイ
ルの端子３８ｂを片側コイル制御電源３９に接続し，シ
ステムの共振周波数に近い周波数の電流を流し全体をＬ
Ｃ共振回路とし，内部の燃料油に高周汲の電界と磁界を
作用させ，燃料油を微細改質させる。

【００２７】図１０はコイルの巻き方の一例で，本電磁
改質器は永久磁石は用いていないものの，動作時の使用
電力は抵抗損程度にて比較的小さな電力にて作動させる
ことが可能である。また電界効果を期侍する場合はＬＣ
直列共振回路とし，磁界効果を期待する場合はＬＣ並列
回路に結線を行い動作させる。

【００２８】図１１はエマルジョン燃料を含む複合燃料
を生成するミキサーである。燃料ポンプ１９により燃料
を注入すると同時に水ポンプ２０によって水噴射ノズル
４５から水を渦巻室４１に噴射する。モーター４４によ
りラジアルインペラー４３を駆動させ攪拌混合したエマ
ルジョン燃料はエマルジョン燃料４２より排出され，循
環路２７を通り一部は再び渦巻室４１に戻り，一部は高
温エマルジョン燃料として外部燃料注入用高圧ポンプ３
０へ向かう。循環路２７は熱交換器１８にてさらに高温
化される。渦巻室４１の内部圧力が液体の熱膨張によ
り，規定圧力を超えた場合は，熱膨張吸収用タンク２９
に一時貯蔵される。本ミキサーは基本的には２０ｋｇ／
ｃｍ^２を超える圧力にて運転され，また燃料によっては
２００℃を超える温度にて攪拌混合を行う。図７からも
分かるように圧力が２０ｋｇ／ｃｍ^２を超えると４０℃
以内にて，プロパンＣ_３Ｈ_８ ｎブタンＣ_４Ｈ_８ と軽
油，水との複合燃料を生成可能となり，４０ｋｇ／ｃｍ
^２を超えると２２０℃での温度にて，軽油−水エマルジ
ョン，重油−水エマルジョン，の主成が可能となり，さ
らに７０ｋｇ／ｃｍ^２を超える圧力にて，エタンＣ_２Ｈ
_５と軽油，水との複合燃料の生成あるいは３００℃を超
える温度での軽油−水エマルジョン，重油−水エマルジ
ョン燃料の供給が可能となる。

【００２９】燃料の多様化は排気ガスの低公害化にもつ
ながり，高温ガス噴射エンジンは完全燃焼につながり，
排ガス中の浮遊微粒子状物質の減少と燃費の減少をもた
らす。また高温エマルジョン燃料を用いる場合は水の添
加率を大幅に増やすことが可能となる・燃焼温度が１８
００℃を超えるとサーマルＮＯ_ｘが増大すると言われて
いるが，高温エマルジョン燃料は水の添加率を増加させ
ることにより，燃料のガス化を促進して且つ水の潜熱に
より燃焼温度を下げる事が可能となる。種々の条件によ
っても異なるが，通常温度でのエマルジョン燃料の場合
は水比率の限界が３０％程度と言われているが，高温化
エマルジョン燃料では５０％を超える水添加量も可能と
なる。

【００３０】図１２はさらに，エンジン排気口に設置す
る排気ガス浄化装置で，エマルジョン燃料を用いるエン
ジンに対して特に効果的である。エマルジョン燃料を使
用するエンジンはその排気ガス中に多量の水蒸気が含ま
れている。コジェネレーションシステムを含めてエンジ
ンの排気口に排気ガス浄化装置を設置し，必要に応じて
水噴射ポンプ４６により水噴霧ノズル５５より霧を排気
ガス中に噴霧して温度をさげ，水冷却ジャケット用ポン
プ４７により冷却水を水冷却ジャケット４９に供給，高
温の排気ガスより熱を奪い，さらにヒートポンプにより
冷却される冷却フィン５０により熱を放散させる。最後
にマフラー５３を通じて外部に排気ガスを排出する。

【００３１】各種にて凝縮液化した水蒸気は４８のドレ
ーンより廃液タンク４８に貯蔵されこの廃液は別途処理
される。冷却に使用した温水５４とヒートポンプの放熱
部分５２は温熱として産業用あるいは生活用に利用して
もよい。

【００３２】浄化後の排気ガス温度は６０℃以内とす
る。本原理は水蒸気が冷却過飽和状態になると，浮遊微
粒子状物質等の核になるものを中心に凝縮液化しやすい
性質と，水が硫黄酸化物等を内部に解かしやすい性質を
有することを応用し，回収廃液により浮遊微粒子状物
質，硫黄酸化物，窒素酸化物を溶かし込んで，排気ガス
中からその一部を除去するものである。

【００３３】

【実施例】図１４は軽油−水エマルジョン燃料を用いた
システムである。軽油タンク１４，フィルター２３と燃
料ポンプ１９，電磁燃料改質器２４を経て燃料噴射ポン
プ１に燃料が供給される。噴射ポンプ１は定残圧バルブ
（設定５０ｋｇ／ｃｍ^２程度）を有するポンプで燃料排
出孔及び燃料排出路はない。燃料流路の燃料噴射ポンプ
側に温度センサーが設置されており，燃料流路全体の高
温化防止を監視する。エマルジョンミキサーへの燃料及
び水の供給圧力は２０ｋｇ／ｃｍ^２にセットしミキサー
内の温度は１８０℃とする。ミキサーには温度，圧力セ
ンサー５９が設置されポンプ１９とポンプ２０の運転制
御信号の一部に使われる。ミキサーはセラミックス材に
て製作されており，熱膨張吸収用タンク２９には非常用
の臨界圧安全弁が設けられている。水，燃料，及び注入
ポンプ３０のラインには流量型がそれぞれ設置されポン
プへの制御信号を取り出している。燃料ポンプ１９と水
ポンプ２０の合計流量は注入ポンプ３０よりやや大きい
流量にて駆動され，ミキサーには絶えず２０ｋｇ／ｃｍ
^２の圧力がかかるようになっている。燃料噴射ポンプの
噴射時の間，注入燃料を貯める脈動吸収容量（室）５８
がライン上に設けられている。外部注入燃料（エマルジ
ョン燃料）の注入圧力，温度は１２０ｋｇ／ｃｍ^２，２
００℃とする。エマルジョンにおける水の比率は５０容
量％ととし，外部注入燃料の流量は燃料噴射ポンプ流量
の８０％とした。

【００３４】図１５は軽油−ＬＰＧ−水，複合燃料のシ
ステムである。軽油，ＬＰＧ，水の各ポンプ流量の設定
は流量設定制御装置６１により制御される。シーケンス
弁３の設定圧は３０ｋｇ／ｃｍ^２，ミキサー内の温度設
定は６０℃とした。燃料排出路のシーケンス弁３ａの設
定圧は５０ｋｇ／ｃｍ^２とし軽油：ＬＰＧ：水の容量比
は１：１：１とした。またポンプ３０の注入圧は１００
ｋｇ／ｃｍ^２とし外部注入燃料の注入量は燃料噴射ポン
プの噴射量の９０％とした。

【００３５】図１６はＣ重油−水エマルジョンシステム
である。Ｃ重油は通常加熱して流動化させるためＣ重油
２２を加熱している。水タンク２２もエンジンの廃熱等
にて加熱（６０℃位迄）する。流路は可能なかぎり加熱
されており，Ｃ重油燃料の供給圧と水の供給圧の設定の
シーケンス弁３は５０ｋｇ／ｃｍ^２に設定されており，
エマルジョンミキサー２８の温度は２３０℃に設定され
ている。燃料タンク１４は軽油あるいはＡ重油とする。
外部燃料注入ポンプの圧力は１５０ｋｇ／ｃｍ^２燃料流
路注入時のエマルジョン燃料の温度は２８０℃，燃料排
出路のシーケンス弁３ａの設定圧を１００ｋｇ／ｃｍ^２
とする。エマルジョンの重油：水容量比率は５０：５０
〜３５：６５とする。外部注入燃料流量：燃料噴射ポン
プ流量の容積比は８０：１００とする。また燃料噴射ノ
ズルの開弁圧は２００ｋｇ／ｃｍ^２とした。またいずれ
の場合にもエンジン排気口後方に凝縮液体式排ガス浄化
装置を取りつけている。

【００３６】

【発明の効果】本発明は，同一のシステムにて多種類の
燃料を用いることができ，そのほとんどの構成部分を既
存の製品を用いる事が可能で，高温高圧液化燃料が燃料
噴射ノズルから噴射されると同時にガス化が行われるこ
とにより，燃焼効率が向上し．排気ガス中の浮遊徴粒子
状物質を大幅に減少させることが可能である。また高温
燃料を燃料流路（高圧パイプ又は噴射パイプとも言う）
の噴射ノズル先端側の一部分領域にのみ制限的に充填し
て噴射を行わせる為，燃料噴射系全体に悪影響を与え
ず，不整噴射，不定噴射，不同噴射，間欠噴射などの噴
射異常の発生を押さえ，エマルジョン燃料を使用した時
の燃焼の改善が計られる。電磁燃料改質器，高温高圧エ
マルジョンミキサー等の併用と，さらにエマルジョン燃
料使用時の排気口後方に過飽和蒸気凝縮回収型の排気ガ
ス浄化装置を用いることにより，エンジンの低燃費化と
排気ガス中の浮遊微粒子状物質，硫黄酸化物，窒素酸化
物の減少を両立した省エネ低公害エンジンを提供でき
る。

【００３７】

【図面の簡単な説明】

【図１】ディーゼルエンジンの燃料消費と排気ガス浄化
改善システム図

【図２】燃料流路（高圧パイプ）内燃料の動作状況説明
図

【図３】燃料噴射ストローク毎の燃料供給特性図

【図４】燃料噴射ポンプ噴射量と外部燃料注入量との関
係図

【図５】燃料噴射ノズルと燃料噴射ポンプ間の燃料流路
の温度分布例

【図６】ディーゼル燃料の体積弾性係数と音速特性図
で，燃料圧力を横軸に，また燃料温度を２０℃から８０
℃迄２０℃毎にパラメータとして表示。

【図７】有機化合物及び水の飽和蒸気圧の温度−圧力特
性曲線

【図８】石油系燃料の粘度と温度関係の一例図

【図９】電磁燃料改質器の断面図

【図１０】電磁燃料改質器のコイル配置例

【図１１】高温，高圧ミキサー（エマルジョン燃料生成
器）の動作説明図

【図１２】排気ガス浄化装置の動作説明図

【図１３】排気ガス浄化装置の水冷却ジャケットのイメ
ージ図

【図１４】実施例１：軽油−水エマルジョン高温高圧燃
料供給システム

【図１５】実施例２：ＬＰＧ−軽油−水エマルジョン高
圧燃料供給システム

【図１６】実施例３：Ｃ重油−水エマルジョン高温高圧
燃料供給システム

【符号の説明】

１ 燃料噴射ポンプ ２ 燃料カム ３ シーケンス弁 ３ａ シーケンス弁（燃料排出用） ４ 流量制御オリフィス ５ 燃料噴射ノズル ６ 外部燃料注入ポンプ ７ 外部からの燃料 ８ 燃料噴射ポンプからの燃料 ９ 燃料排出孔 １０ 燃料排出路 １１ 燃料注入孔 １２ 燃料注入路 １３ 燃料流路（高圧パイプ又は噴射パイプ） １４ 燃料タンク（軽油又はＡ重油用） １５ 燃料タンク（外部燃料：Ｂ重油，Ｃ重油，ＬＰ
Ｇ，ＬＮＧ等） １７ 逆止弁 １８ 熱交換器（エンジン発熱及びヒータによる加熱領
域） １９ 燃料ポンプ ２０ 水ポンプ ２１ 注入燃料及び注入水ポンプ制御装置 ２２ 電気加熱ヒーター ２３ フィルター ２４ 電磁燃料改質器 ２５ セラミックス断熱パイプ ２６ セラミックスヒータ ２７ エマルジョン燃料循環路 ２８ ミキサー（高圧複合燃料，高圧エマルジョン燃料
生成器） ２９ 熱膨張吸収用タンク ３０ 外部燃料注入用高圧ポンプ ３１ 注入ポンプ制御装置 ３２ 流量計 ３３ セラミックスケース ３４ コンデンサーユニット ３５ 絶縁取付具 ３６ セラミックスパイプ及ひ支持体 ３７ コイル ３８ 電極 ３８ａ 結線 ３９ コイル用制御電源 ４０ 磁力線 ４１ 渦巻室 ４２ エマルジョン燃料出口 ４３ ラジアルインペラー ４４ 駆動モータ ４５ 水噴射ノズル ４６ 水噴霧ポンプ ４７ 水冷却ジャケット用ポンプ ４８ 廃液タンク ４９ 水冷却ジャケット ５０ ヒートポンプの冷却部分（フィン） ５１ ヒートポンプ ５２ 放熱部分（熱放散） ５３ マフラー ５４ 温水 ５５ 水噴霧ノズル ５６ 温度センサー ５７ 臨界圧安全弁 ５８ 脈動吸収容量（室） ５９ リターンパイプ（戻り油ライン） ６０ 温度，圧力センサー ６１ 流量設定制御装置（３ポンプ同時同調制御）

───────────────────────────────────────────────────── 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 25/02 Ｈ 7314−3Ｇ 27/04 Ｂ 7314−3Ｇ Ｆ 7314−3Ｇ 53/06 7604−3Ｇ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料噴射ポンプから燃料噴射ノズル先端
   迄の燃料流路のノズル先端近傍，またはノズル先端から
   燃料噴射量の数ストローク分に相当する上流側位置に外
   部からの燃料を注入する為の注入孔及び注入路を設け，
   また必要に応じてこの注入路上に外部からの燃料の注入
   量を制御する為の流量制御オリフィスと逆止弁を有し，
   この燃料流路の上流側の噴射ポンプ出口に流量制御オリ
   フィスを有する燃料排出孔及び燃料排出路を設け，また
   燃料排出路の下流側にはシーケンス弁を通じて燃料タン
   ク側に戻す流路を設け，動力手段を用いて適宜に加圧，
   加熱高温化した液体状態の同一あるいは異種類の燃料
   を，燃料噴射ポンプの当該時の噴射量を上限量として，
   外部注入路より燃料流路の噴射ノズル先端側の一部領域
   に注入させながら同量の燃料を燃料排出路より排出さ
   せ，その注入された燃料を噴射ノズルから噴射させるこ
   とを特徴とするディーゼルエンジン。
2. 【請求項２】 請求項１において，外部から注入する燃
   料の注入量を噴射ポンプからの燃料供給量より５％から
   ３０％の範囲にて滅少させ，燃料供給路上の燃料の高温
   化防止とセタン価の低い注入燃料を用いた場合の注入燃
   料の燃焼着火性の改善を同時に行う事を特徴とする動作
   方法。
3. 【請求項３】 少なくとも大気圧での沸点温度を超える
   温度で尚且つ燃料噴射ポンプの使用する燃料の噴射パイ
   プ内残留圧力における同使用燃料の沸点温度を超えない
   範囲に加熱された燃料を燃料噴射パイプの噴射ノズル側
   先端近傍の一部分にのみ加圧注入させ，噴射ポンプの噴
   射にて燃料噴射ノズルより噴射させる事を特徴とする動
   作方法及び請求項１の装置。
4. 【請求項４】 エマルジョン燃料主成器を含めた，異種
   類の液体を攪拌混合するミキサーで，加圧液化ガス燃料
   を含む燃料を使用する場合は当該攪拌混合時の温度にて
   加圧液化ガスが液体を維持できる圧力以上にて，加圧液
   化ガスを含まない場合は少なくとも２０ｋｇ／ｃｍ^２を
   超える内部圧力にて駆動されるミキサー及び同ミキサー
   により攪拌混合された燃料を注入燃料として用いる事を
   特徴とする請求項１の装置。
5. 【請求項５】 ディーゼルエンジンに供給する燃料を燃
   料噴射ポンプの前段階にて，燃料油中に絶縁体にて絶縁
   された少なくとも一対の電極を設け，燃料油を絶縁油と
   見なすコンデンサーを形成させ，同じく燃料油中あるい
   は外周に絶縁されたコイルを設け，前記コンデンサーと
   コイルを電気的に接続し，ＬＣ共振回路を形成させ，外
   部より共振周波数あるいはその近傍の周波数による交流
   電圧を印加することにより，コンデンサーによる電界作
   用とコイルによる磁界作用を同時に交互に燃料に作用さ
   せる事により・燃料油の徴細改質を行う事を特徴とする
   請求項１の装置。
6. 【請求項６】 エマルジョン燃料を使用したエンジンの
   排気口後方に排気ガスからの熱を，ヒートポンプあるい
   は水冷冷却その他適宜な方法にて吸収放散させることに
   より排気ガス中の水蒸気を凝縮液体化させ，排気ガス中
   の浮遊徴粒子状物質，硫黄酸化物，あるいは窒素酸化物
   を低減させることを特徴とするエンジン排気ガス浄化方
   法及び装置。