JPH07166963A - エンジンのエマルジョン燃料供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 加水量に応じた負荷制御を行うことで、上記
黒煙の発生を抑えながら窒素酸化物の発生を低減でき、
斜流インペラーによる高能率の攪拌作用により水と燃料
の相分離のない微細化されたエマルジョン燃料をエンジ
ンに供給できるとともに、エンジンの始動を円滑にし、
かつ運転を省エネルギにて実現可能にする。 【構成】 燃料および水のいずれかを切換供給する電磁
弁３と、該電磁弁３からの燃料または水をギャポンプ１
０を介して受け、これらを別系統から供給される燃料と
ともに渦流回転させて粗エマルジョン燃料とするボルテ
ックスチューブ９とを設けて、上記粗エマルジョン燃料
の渦流回転とは逆方向にモータ３０によって駆動される
斜流インペラー１５により上記ボルテックスチューブ９
からの粗エマルジョン燃料を攪拌して微細エマルジョン
燃料を生成し、エンジン１７の燃料噴射ポンプに供給す
るようにするとともに、上記エンジン１７の負荷状態に
もとづいて決定された加水率が得られるように、モータ
３０により上記ギャポンプ１０を上記斜流インペラー１
５とは独立して駆動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、エンジンに軽油と水
とからなるエマルジョン燃料を供給するのに用いるエン
ジンのエマルジョン燃料供給装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、ディーゼルエンジンの排ガス
中の窒素酸化物を低減するために、軽油と水とからなる
エマルジョン燃料をエンジンに供給して、噴射，燃焼さ
せるエマルジョン燃料供給装置が種々提案されている。

【０００３】その１つ目は、エンジンのインテークマニ
ホルド部で水を霧状に噴射し、このとき同時に燃料を気
筒内に吸い込ませるものであり、その２つ目は、あらか
じめ軽油と水とを混合したエマルジョン燃料を作ってお
いて、これを燃料噴射ポンプにより気筒内に直接噴射す
るものである。

【０００４】また、その３つ目は、ＥＧＲと呼ばれる方
式で、吸入新気量を低減させるために排気を再利用する
ことにより火炎速度を低下させ、これによって排気中の
窒素酸化物の排出量を低減するものであり、その４つ目
は、軽油と水とを機関の直前で混合し、気筒に導入する
ようにしたものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の、その１つ目の燃料供給装置では、水が燃料
と同程度必要であり、この水の増加が排気中の黒煙量の
増加を招くという問題点があり、その２つ目の燃料供給
装置では、あらかじめガソリンスタンドなどでエマルジ
ョン燃料を作って用意しておく必要があるほか、時間と
ともに軽油と水とが相分離してしまうという問題点があ
った。

【０００６】また、その３つ目の燃料供給装置では、高
負荷時にはスモーク量が多くなり、窒素酸化物を軽減で
きないという問題点があり、その４つ目の燃料供給装置
では、エマルジョン燃料の上記相分離といった問題はな
くなるものの、水の供給弁から軽油と水との攪拌部（ミ
キサー）までの配管に水が溜ることにより、配管内や攪
拌部に錆が生じるほか、低温時にこれらの配管内や攪拌
部内に凍結を生じ、エマルジョン燃料の生成が不能にな
ったりその攪拌部を破損したりするなどの問題点があっ
た。

【０００７】この発明は、上記のような従来の問題点に
着目してなされたものであり、加水量に応じた負荷制御
を行うことで、上記黒煙の発生を抑えながら窒素酸化物
の発生を低減でき、斜流インペラーによる高能率の攪拌
作用により水と燃料の相分離のない微細化されたエマル
ジョン燃料をエンジンに供給できるとともに、エンジン
の始動を円滑にし、かつ運転を省エネルギにて実現でき
るエンジンのエマルジョン燃料供給装置を提供すること
を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明にかかるエンジ
ンのエマルジョン燃料供給装置は、燃料および水のいず
れかを切換供給する電磁弁と、該電磁弁からの燃料また
は水をギャポンプを介して受け、これらを別系統から供
給される燃料とともに渦流回転させて粗エマルジョン燃
料とするボルテックスチューブとを設けて、上記粗エマ
ルジョン燃料の渦流回転とは逆方向にモータによって駆
動される斜流インペラーにより上記ボルテックスチュー
ブからの粗エマルジョン燃料を攪拌して微細エマルジョ
ン燃料を生成し、エンジンの燃料噴射ポンプに供給する
ようにするとともに、上記エンジンの負荷状態にもとづ
いて決定された加水率が得られるように、独自に設けた
モータにより上記ギャポンプを上記斜流インペラーとは
別に駆動するようにしたものである。

【０００９】

【作用】この発明におけるエンジンのエマルジョン燃料
供給装置では、電磁弁の切り換えによって、エンジンの
始動は水の混入のない燃料のみによって行い、始動後は
エマルジョン燃料によるエンジンの運転を継続させ、停
止前には水の混入のない運転を行えるようにして、停止
中における配管系統内の残留水の凍結を未然に回避す
る。

【００１０】また、加水率に応じて直流モータなどによ
るギャポンプの運転制御を行うことで、エンジンの省エ
ネルギ運転を可能にする。

【００１１】さらに、斜流インペラーをボルテックスチ
ューブで生じる回転渦流の逆方向に、モータにより高速
駆動することによって、ボルテックスチューブで得られ
た水と燃料との粗エマルジョン燃料の攪拌をさらに効率
的にして微細化し、これらの水と燃料を分離しにくく
し、部品の錆や腐蝕の発生および摩耗の発生を抑えられ
るようにする。

【００１２】

【実施例】以下に、この発明の一実施例を図について説
明するが、図１において、１は、軽油などの燃料を収容
する燃料タンクで、これが燃料瀘過用のフィルタをなど
を有する。

【００１３】２は、水を収容する水タンクで、これがレ
ベルセンサや水抜きバルブなどを有する。

【００１４】また、３は、燃料タンク１から配管４を通
じて供給される燃料または水タンク２から配管５を通じ
て供給される水を切り換えて配管６へ供給する３ウエイ
ソレノイドバルブとしての電磁弁、６，７は、各配管
４，５の途中に入れたチェックバルブ、８は、配管５内
の水を抜き取るための水抜きバルブである。

【００１５】さらに、９は、電磁弁３の出口側にギャポ
ンプ１０を介して接続された渦流形成用のテーパ状部を
有するボルテックスチューブで、燃料と水とを混合，攪
拌することにより、粗エマルジョン燃料を生成する。

【００１６】そして、１１は、ギャポンプ１０をバイパ
スする配管１２に設けられたリリーフバルブである。

【００１７】また、配管４には、上記チェックバルブ６
の下流側で、燃料の流量センサを有するオーバルギャメ
ータ１３を途中に接続した、別系統の燃料用の配管１４
の一端が接続され、この配管１４の他端は、上記ボルテ
ックスチューブ９に接続されている。

【００１８】さらに、１５は、上記ボルテックスチュー
ブ９の下端側に接続され、かつ、独自のモータ３０によ
って駆動される斜流インペラーで、上記ボルテックスチ
ューブ９から得られた粗エマルジョン燃料を高速かつ効
率的に攪拌して微細なエマルジョン燃料を生成するもの
である。

【００１９】この斜流インペラーは、図２に示すよう
に、片吸込みのオープン形をなし、螺旋羽根１５ａのね
じれ角を、ボルテックスチューブ９の回転渦流とは逆の
気流を作る方向に設けたものからなる。

【００２０】なお、１６は、斜流インペラー１５で生成
したエマルジョン燃料をエンジン１７の燃料噴射ポンプ
に導く配管、１８は上記燃料噴射ポンプからオーバフロ
ーした燃料をボルテックスチューブ９に導く配管であ
る。

【００２１】また、１９は、ギャポンプ１０を変速機２
０を介して駆動するモータである他の直流モータ、２１
は、この直流モータ１９を、上記流量センサの出力やア
クセルペタル変位検出用のポテンショセンサの出力など
を含む負荷状態情報にもとづいてパルス制御するコント
ローラである。

【００２２】次に動作について説明するが、まず、エン
ジン１７の始動時には、例えば、コントローラ２１の制
御下で電磁弁３が図１に示すような状態に切り換えられ
る。

【００２３】このため、燃料タンク１内の燃料は、配管
４および電磁弁３，ギャポンプ１０を介してボルテック
スチューブ９に供給されるとともに、オーバルギャメー
タ１３を介して別系統の配管１４を通じてボルテックス
チューブ９に燃料が供給される。

【００２４】また、このボルテックスチューブ９には、
後述の燃料噴射ポンプからオーバフローした燃料も供給
され、これらの燃料が、図３に示すように、ボルテック
スチューブ９の外周面において接線方向の３方向から送
出されて、矢印のような方向の渦流を発生する。

【００２５】これにより、ボルテックスチューブ９から
は、水を含まない燃料のみが渦流回転して斜流インペラ
ー１５に送られ、さらに配管１６を介してエンジン１７
の燃料噴射ポンプに導かれる。

【００２６】従って、エンジン１７は燃料のみを受けて
これに点火し、爆発させてエンジン１７の始動を行え
る。

【００２７】一方、エンジン１７が始動されて定常運転
に入った場合には、上記電磁弁３が、例えば、コントロ
ーラ２１の制御下で切り換えられて、配管４からの燃料
供給が遮断され、一方、水タンク２側の配管５がギャポ
ンプ１０側に接続されることとなる。

【００２８】このため、水タンク２の水がチェックバル
ブ７を介してギャポンプ１０によりボルテックスチュー
ブ９内へ供給される。

【００２９】一方、このボルテックスチューブ内には、
上記別系統配管１４を通じて燃料タンク１から燃料が常
時導入されているため、このボルテックスチューブ９内
では水と燃料が攪拌されて粗エマルジョン燃料を生成す
る。

【００３０】また、このようにして作られた粗エマルジ
ョン燃料は、斜流インペラー１５に導かれる。

【００３１】ここでは、斜流インペラー１５の螺旋羽根
１５ａは、図３に示すような上記ボルテックスチューブ
９から送出される粗エマルジョン燃料の渦流方向とは、
図２に示すように逆方向に回転されるため、インペラー
中心部でも水と燃料の混合が十分となり、微細化され、
乳化する。

【００３２】すなわち、ここで高速回転により気流のせ
ん断効果を上げ、高効率で攪拌混合されて相分離のない
良質のエマルジョン燃料とされた後、配管１６を通じて
エンジン１７の燃料噴射ポンプに導かれ、気筒内で燃焼
されて動力を発生する。

【００３３】このようにして、エンジン１７は、運転を
継続することにより、ガス化燃焼に伴う固体カーボンの
燃料によって生じる局部的な高温部をなくし、これによ
り窒素酸化物の生成量を低減できるほか、未然カーボン
の残存を抑えて排気ガスの浄化およびエンジン出力の向
上を図ることができる。

【００３４】また、上記相分離のない良質のエマルジョ
ンとすることで、部品の錆，腐蝕，摩耗などの発生を抑
えることができる。

【００３５】一方、エンジン１７の停止時には、この停
止前に上記コントローラ２１の制御下でまたはマニュア
ルで上記電磁弁３を切り換えて、水のギャポンプ１０へ
の供給を遮断しておき、エマルジョン燃料を使い切った
後燃料のみを燃料タンクからギャポンプ１０へ導入する
ようにしておき、この導入完了後にエンジンの運転を停
止させる。

【００３６】このようにすれば、寒冷地などにおいてエ
ンジン１７の停止中にギャポンプ１０および電磁弁３間
における水の凍結およびこれに伴う事故発生を回避する
ことができるとともに、配管，ギャポンプ１０，斜流イ
ンペラー１５における錆発生を回避できる。

【００３７】なお、この実施例では、配管５内の水は水
抜きバルブ８を開放して排出し、水タンク２内の水は内
部の水抜きバルブ（図示しない）を開放して排出するこ
とが望ましい。

【００３８】そして、上記のようにエンジン停止時に
は、水を含まない燃料のみが電磁弁３以降の配管に満た
されているため、続くクランキングである始動運転にス
ムースに入ることができる。

【００３９】また、この発明では、ギャポンプ１０の制
御を、燃料用の上記流量センサやアクセルペタル変位を
検出するポテンショセンサなどの負荷に応じた各出力情
報にもとづく直流モータの回転制御によって行うことと
しているため、所望の加水率（水と燃料との混合比率）
を得られるように、ギャポンプ１０の運転を効率的かつ
省エネルギーにて実施できる。

【００４０】なお、上記燃料噴射ポンプへ送った燃料が
オーバフローした場合には、ボルテックスチューブ９に
導いて再利用し、チェック弁６により燃料タンク１へは
戻らないようにしている。

【００４１】また、上記において、ギャポンプ１０およ
び斜流インペラー１５を各１台の直流モータ１９により
独自に駆動するため、ギャポンプ１０の加水率に応じた
制御および斜流インペラー１５の単独高速運転による良
質エマルジョンの生成を可能にし、これにより、窒素酸
化物の発生を大幅に低減できる。

【００４２】従って、システム全体の寿命が延びること
にもなる。

【００４３】一方、加水率を決めるギャポンプ１０は独
自の直流モータ１９の回転数に比例して増加するため、
その直流モータの回転数をパルスジェネレータの出力パ
ルスにより制御することで、水と燃料の適切な混合比を
得ることができる。

【００４４】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、燃料
および水のいずれかを切換供給する電磁弁と、該電磁弁
からの燃料または水をギャポンプを介して受け、これら
を別系統から供給される燃料とともに渦流回転させて粗
エマルジョン燃料とするボルテックスチューブとを設け
て、上記粗エマルジョン燃料の渦流回転とは逆方向にモ
ータによって駆動される斜流インペラーにより上記ボル
テックスチューブからの粗エマルジョン燃料を攪拌して
微細エマルジョン燃料を生成し、エンジンの燃料噴射ポ
ンプに供給するようにするとともに、上記エンジンの負
荷状態にもとづいて決定された加水率が得られるよう
に、独自に設けたモータにより上記ギャポンプを上記斜
流インペラーとは別に駆動するように構成したので、加
水量に応じた負荷制御を行うことで、上記黒煙の発生を
抑えながら窒素酸化物の発生を低減でき、斜流インペラ
ーによる高能率の攪拌作用により水と燃料の相分離のな
い微細化されたエマルジョン燃料をエンジンに供給でき
るとともに、エンジンの始動を円滑にし、かつ運転を省
エネルギにて実現可能にする。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例によるエンジンのエマルジ
ョン燃料供給装置を示す系統図である。

【図２】図１におけるボルテックスチューブ内の渦流の
動きを示す説明図である。

【図３】図１における斜流インペラーの回転方向を示す
説明図である。

【符号の説明】

３ 電磁弁 ９ ボルテックスチューブ １０ ギャポンプ １５ 斜流インペラー １７ エンジン １９，３０ モータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｍ 25/00 Ｔ 37/00 ３４１ Ｈ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料および水のいずれかを切換供給する
   電磁弁と、該電磁弁からの燃料または水をギャポンプを
   介して受け、これらを別系統から供給される燃料ととも
   に渦流回転させて粗エマルジョン燃料とするボルテック
   スチューブと、上記粗エマルジョン燃料の渦流回転とは
   逆方向にモータによって駆動され、上記ボルテックスチ
   ューブからの粗エマルジョン燃料を攪拌して微細エマル
   ジョン燃料を生成し、エンジンの燃料噴射ポンプに供給
   する斜流インペラーと、上記エンジンの負荷状態にもと
   づいて決定された加水率が得られるように、上記ギャポ
   ンプを上記斜流インペラーとは独立して駆動するモータ
   とを備えたエンジンのエマルジョン燃料供給装置。