JPH10339126A - ジメチルエーテル用ディーゼル機関 - Google Patents

ジメチルエーテル用ディーゼル機関

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JPH10339126A
JPH10339126A JP14772097A JP14772097A JPH10339126A JP H10339126 A JPH10339126 A JP H10339126A JP 14772097 A JP14772097 A JP 14772097A JP 14772097 A JP14772097 A JP 14772097A JP H10339126 A JPH10339126 A JP H10339126A
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JP
Japan
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fuel
dme
engine
gas
plunger
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JP14772097A
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English (en)
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Hiromasa Hayashi
宏優 林
Atsushi Todoroki
淳 轟
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JFE Engineering Corp
Original Assignee
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ジメチルエーテルをディーゼル機関に用
いたときに生じるエンジン始動時の異常燃焼トラブルを
解決して、ディーゼル機関用燃料としてジメチルエーテ
ルを実用化する途を拓く。 【解決手段】 上記課題は、ジメチルエーテルを燃料と
して用いるディーゼル機関において、エンジンクランク
室又はそこからブローバイガスを吸気管に吸入させる管
路に、エンジン運転中は閉止され、停止時にエンジンク
ランク室に残存するジメチルエーテルを系外に放出する
弁機構が組込まれていることを特徴とするジメチルエー
テル用ディーゼル機関によって解決される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ジメチルエーテル
を主燃料とするディーゼル機関に関する。
【0002】
【従来の技術】軽油を燃料としているディーゼル機関に
用いられている燃料噴射ポンプは、炭素鋼製のプランジ
ャーと炭素鋼製のプランジャバレルが約3〜5μmの直
径隙間で製作されている。
【0003】燃料タンクから噴射ポンプへの燃料送油
は、燃料タンクと噴射ポンプとを結ぶ管路上に設けられ
たフィーダポンプで約2kgf/cm2に加圧圧送され
ている。
【0004】プランジャバレル内のプランジャの摺動
は、プランジャとプランジャバレルの隙間から燃料ポン
プカム室へリークするわずかな軽油の燃料自身による粘
性で潤滑を行うように設計され、そのリーク量は一般的
には噴射量の0.01%といわれている。
【0005】したがって、噴射ポンプでの燃料のリーク
量については、軽油を主燃料としたディーゼル機関で
は、潤滑油の希釈、燃費、安全性などの点で問題とはな
らない。
【0006】メタノールに代表されるアルコール系ディ
ーゼル燃料は一般的に軽油に比べて1/10〜1/20
の粘性といわれている。
【0007】このような低粘性燃料を用いた場合、噴射
ポンプのプランジャバレルとプランジャの隙間からリー
クする量が多くなり、燃料噴射ポンプの潤滑油を希釈す
ることを避けるため、ダイヤフラムを介して燃料を圧縮
する方式が提案されている(特開平6−173811号
公報)。
【0008】ジメチルエーテルを燃料とするディーゼル
機関についての報告(SAE Paper 95006
4,950062)はあるが、噴射ポンプの形式がユニ
ットインジェクタ方式であり、列形噴射ポンプとは一般
的な異なった方式のものである。また、DMEリークガ
ス対策等について詳細な記述が見られない。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】ジメチルエーテル(以
後、DME)燃料は、ディーゼル機関に適用した場合、
軽油と同程度のセタン価をもつため、現状のディーゼル
機関の代替燃料として利用が可能であるばかりか、軽油
ディーゼル燃焼に比べて、排ガス中のNOx濃度が低
く、全出力領域で排煙が極めて少ないクリーンな燃料と
なることが期待される。
【0010】本発明者らはディーゼル機関の公害の少な
い新たな燃料としてDMEに着目し、その実用化を図る
べく鋭意検討を行なった。
【0011】その結果次の事実が判明した。
【0012】DME燃料は沸点が約−25℃と低沸点で
あるため、常温で気体であり、一方ディーゼル機関の噴
射ポンプで加圧するためには、燃料は液体である必要が
ある。
【0013】噴射ポンプ内の温度は、ディーゼルエンジ
ンが運転中上昇する。温度が上昇しても低沸点燃料であ
るDMEが液体であるような圧力で燃料を加圧する必要
がある。そこで、ディーゼル機関の燃料噴射ポンプに液
体として供給するためには、15kgf/cm2〜30
kgf/cm2と高い圧力で供給する必要がある。
【0014】また、DME液体燃料の粘性はメタノール
等のアルコール系燃料と同様に軽油の1/10〜1/2
0である。
【0015】このような、DME燃料をディーゼル用噴
射ポンプに適用した場合、噴射ポンプへの供給圧が軽油
に比べて大きいことと、低粘性であるため、プランジャ
バレルとプランジャの隙間からリークする燃料は軽油使
用時に比べて非常に大きなものとなる。
【0016】プランジャとプランジャバレルからプラン
ジャ下部室を通って噴射ポンプカム室へリークしたDM
E燃料はガス化し、噴射ポンプの潤滑油の希釈性につい
ては問題とならないものの、エンジンクランク室開放型
のディーゼル機関では大気中に放出されるため、燃料ガ
ス放出分だけ燃費の劣化を招く。
【0017】エンジンクランク室密閉型のディーゼル機
関においては、噴射ポンプおよびクランク室が密閉構造
となっており、密閉型エンジンではブローバイガスを大
気放出させないように、クランク室は、エンジン吸気管
に接続されブローバイガス導管11を設けている。その
とき、エンジンクランク室は若干の負圧となっている。
図5に示すように、プランジャからリークしてガス化し
たDME燃料ガスは、プランジャ下部室12に流れ込
む。このときのプランジャ下部室12内の内圧は、百数
十ミリ水柱程度の圧力となる。燃料噴射ポンプは図4に
示すような構造をしており(但し、連通管13を除
く。)、DMEガスは、プランジャ下部室12から噴射
ポンプのタペット部14を通して噴射ポンプカム室15
に流れ込み、そして、噴射ポンプカム16のシャフトを
通して、最終的にエンジンクランク室17に流れ出る。
クランク室17に流れ込んだDMEガスは潤滑油等ブロ
ーバイガスと一緒にブローバイガス導管11を通ってエ
ンジン吸気管18に戻される。結果的に噴射ポンプでリ
ークしたDMEガスは、吸気管から空気と一緒にエンジ
ンに吸入されるので、燃焼に寄与し、燃費の劣化は、リ
ークガス大気放出時に比べて、軽油と同等の燃費を得る
ことが可能である。
【0018】この場合は、DME燃料リークガス(可燃
ガス)がクランク室に流れこみ、クランク室に可燃ガス
が充満することとなる。エンジン運転中は、クランク室
に流れ込んだDME燃料リークガスは、ブローバイガス
として吸気管に常に吸い込まれるため、クランク室内の
DMEガス濃度が安全上問題となることはない。また、
運転中に、吸気管に吸気されるDMEリークガスを含ん
だブローバイガスを吸気管に吸気しても、異常燃焼を引
き起こすほどのDMEガス濃度ではないため、燃焼上問
題もない。
【0019】しかし、エンジン停止時には、吸気管に吸
気されないDMEリークガスが、クランク室に充満する
こととなる。このため、エンジン再始動時に吸気管内
に、DMEガスの比較的濃度の高いブローバイガスが吸
気され、異常燃焼を引き起こす場合がある。
【0020】本発明は、ジメチルエーテルをディーゼル
機関に用いたときに生じるエンジン始動時の異常燃焼ト
ラブルを解決して、ディーゼル機関用燃料としてジメチ
ルエーテルを実用化する途を拓くことを目的としてい
る。
【0021】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するべくなされたものであり、エンジンの停止時にはエ
ンジンクランク室を大気に連通させてそこに残存してい
るDMEを大気中に逃散させることによって始動時のD
MEガスの異常高濃度化問題を解決したものである。
【0022】すなわち、本発明は、ジメチルエーテルを
燃料として用いるディーゼル機関において、エンジンク
ランク室又はそこからブローバイガスを吸気管に吸入さ
せる管路に、エンジン運転中は閉止され、停止時にエン
ジンクランク室に残存するジメチルエーテルを系外に放
出する弁機構が組込まれていることを特徴とするジメチ
ルエーテル用ディーゼル機関に関するものである。
【0023】
【発明の実施の形態】本発明の一実施態様を図面に基づ
いて説明する。
【0024】図1は本発明の試験で使用したディーゼル
機関の要部構成図、図2は噴射ポンプのプランジャ表面
にNi合金を溶射したものを用いたもの図3はNi合金
を溶射しないものを用いた噴射ポンプのプランジャとプ
ランジャバレルを示す説明図、そして図4は本発明を適
用した噴射ポンプの構造を示す断面図である。
【0025】図1に示す装置は、燃料タンク1、燃料噴
射ポンプ2およびディーゼル機関本体9からなってい
る。
【0026】燃料タンク1には、加圧DME供給管5
と、噴射ポンプにこの加圧DMEを供給する接続管10
が接続されている。
【0027】燃料噴射ポンプ2は、図4に示すような構
造をしている。プランジャバレル7に挿入されたプラン
ジャ6がカム機構によって上下動しそれにバルブ20等
が連動して開閉することによって燃料をディーゼル機関
の燃焼室19に噴射ノズル3から噴射させる。プランジ
ャ6の下はプランジャ下部室12になっており、このプ
ランジャ6を押し上げるタペット部14を介してその下
がカム室15になっている。プランジャ下部室12の図
面左側壁にはカバープレート21が装着されており、図
4には示されていないが、本実施態様では、このカバー
プレート21とカム15の左側壁を穿孔してU字形の連
通管13をそこに螺着し、両者間を連通させている。
【0028】図面には示されていないが、燃料噴射ポン
プ2はシリンダの数に対応する数だけ直列に配置されて
いる。
【0029】ディーゼル機関本体9は内部に燃料室19
を有するシリンダと該シリンダ内を上下動するピストン
とこのピストンの上下動を回転運動に変えるクランクを
収容するクランク室17よりなり、シリンダの天面には
燃料の噴射ノズル3、吸気管18及び排気管が取着され
ている。燃料の噴射ノズル3には燃料噴射ポンプ2の吐
出口からの燃料配管4が接続されている。吸気管18に
はクランク室17からのブローバイガス導管11が接続
されている。本発明においては、このブローバイガス導
管11の管路に三方電磁弁22を取着し、この三方電磁
弁22の一方の開口を大気解放管23として、エンジン
の運転中はブローバイガス導管11をクランク室17と
吸気管18の間を連通させ、停止時にはクランク室17
と大気解放管23の間を連通させるようにしたところに
特徴がある。この電磁弁22はイグニッションキーと連
動させるようにしている。しかしながら、電磁弁22は
エンジンの始動、停止を検知しうるいかなる部位から信
号を得てその始動、停止に応じて作動するようにしても
よい。例えば、潤滑油ポンプの油圧計測(プレッシャー
スイッチ)やエンジンクランク軸の回転パルス信号等で
エンジン運転・停止を検知できるようにする。また、電
磁弁は三方弁でなく、2つの二方弁を一つは大気解放管
23にもう一つはブローバイガス導管11の大気解放管
23接続部と吸気管18接続部の間に設けてもよい。こ
の大気解放管23は大気に解放するかわりに、エンジン
に吸入させない他の部位、例えば排気管側に接続しても
よい。さらに、大気解放管をクランク室17に直結さ
せ、この大気解放管に二方弁を取着けてこれをエンジン
の始動、停止に応じて開閉するようにすることもでき
る。エンジン停止後もピストンは慣性運動を続けるの
で、大気解放後はその上下運動によって大気の吸入排出
を繰返してクランク室17内のDMEを排出する。
【0030】また、このディーゼル機関においては、プ
ランジャ下部室12とカム室15が連通管13で連通し
ているため、プランジャ6とプランジャバレル7の隙間
からリークして気化したDME燃料ガスはこの連通管1
3を通ってカム室15に入り、噴射ポンプのタペット部
を通して、カム室15への流れ込みは少なくなる。カム
室15に入ったDMEはカムシャフト、エンジンクラン
ク室17、ブローバイガス導管11を経由して吸気管1
8から燃焼室19に送入されて燃料として使用される。
その結果、DMEガス流によるタペット部14を経由し
ての潤滑油供給阻害が解消する。さらに、噴射ポンプカ
ム室15に流れ込んだガスにより、カム室15内の潤滑
油レベルは押し上げられるとともに、プランジャ下部室
12内の雰囲気圧力上昇もおさえられ、プランジャ下部
の潤滑も十分に行われるようになる。
【0031】上記実施態様においては連通管13を噴射
ポンプの外部に設けているが、噴射ポンプ内のプランジ
ャ下部室12とカム室15の間の仕切壁を穿孔して直接
連通させてもよい。
【0032】
【実施例】図1の装置を使用した。
【0033】燃料供給方法は、DMEの加圧手段である
窒素ガスボンベ出口に装着された2次圧力を15kgf
/cm2〜30kgf/cm2の範囲で一定で圧力調整可
能な圧力調整器で、DME燃料タンクの燃料液面にDM
E燃料の蒸気圧を越える窒素ガス圧を作用させ、燃料噴
射ポンプに液体燃料としてDME燃料を圧送する燃料供
給法とした。
【0034】プランジャ6には、図3に示すプランジャ
バレル7とプランジャ6の隙間が5μmの従来のもの
と、このプランジャを中性塩浴剤または還元性塩浴剤に
硫化物(Na222など)を加えた塩浴処理して浸硫処
理したものと、図3に示すプランジャの表面に、ニッケ
ル基合金8(一般的にニッケル自溶性合金(ニッケル−
クロム−ボロン系(Ni−Cr−B−Si合金)))を
溶射し、再加工して、プランジャとプランジャバレルの
隙間を約2μmにした各噴射ポンプを用いた。
【0035】各噴射ポンプについて噴射ポンプへ供給D
ME燃料圧力25kgf/cm2 で噴射ポンプからのD
ME燃料の噴射試験をおこなったところ、このときのプ
ランジャからのジメチルエーテル燃料のリーク量は以下
のようになった。リーク量は噴射量に対する割合であ
る。ただし、軽油使用時は、軽油標準供給圧の〜2kg
f/cm2で試験(一般値)した。
【0036】
【表1】
【0037】DME使用のディーゼル機関で運転したと
ころ、噴射ポンプ周り温度は平均10度程度下がってい
た。これはDMEがプランジャから漏れるときに気化す
ることにより気化熱のために冷却されたものと考えられ
る。
【0038】ニッケル基合金の溶射による耐摩耗性(耐
凝着摩耗性)を向上させたことと、低沸点燃料であるD
MEのリーク時の気化熱によるプランジャの冷却効果
で、従来より、プランジャとプランジャバレル隙間が小
さくても焼き付きがおきないで運転可能であった。
【0039】DME燃料を使って、プランジャポンプで
の噴射量に対するリーク量5%のプランジャ使用時で
は、ディーゼル機関の燃焼は安定し、燃費においても、
エンジンクランク室開放型ディーゼル機関においては、
軽油燃焼時に比べて、DME燃料リークガス放出分に相
当する5%程度の悪化が見られた。
【0040】同様にクランク室密閉型ディーゼル機関で
の燃費は軽油とほぼ同等の燃費であった。また、リーク
ガス導入管を接続した場合の燃費は、軽油とほぼ同等の
燃費となった。
【0041】
【発明の効果】本発明により、ディーゼル機関の主燃料
として、DME燃料を用いたときに生じる燃料噴射ポン
プのプランジャとプランジャバレルの隙間からの燃料リ
ークがあっても、プランジャ下部での潤滑性を向上さ
せ、かつクランク室への可燃ガス(DMEリークガス)
流れ込みを防ぐとともに、リークガスの大気放出による
燃費の悪化を簡便な方法で改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の試験で使用したディーゼル機関の要
部構成図である。
【図2】 表面にNi合金を溶射したプランジャをプラ
ンジャバレルに挿入した状態を模式的に説明する切欠斜
視図である。
【図3】 表面にNi合金を溶射していないプランジャ
をプランジャバレルに挿入した状態を模式的に説明する
切欠斜視図である。
【図4】 一般的な噴射ポンプの構造を示す断面図であ
る。
【図5】 従来のエンジンクランク室密閉型ディーゼル
機関の要部構成図である。
【符号の説明】
1…燃料タンク 2…燃料噴射ポンプ 3…噴射ノズル 4…燃料配管 5…加圧DME供給管 6…プランジャ 7…プランジャバレル 8…溶射Ni合金 9…ディーゼル機関本体 10…接続管 11…ブローバイガス導管 12…プランジャ下部室 13…連通管 14…タペット部 15…カム室 16…カム 17…クランク室 18…吸気管 19…燃焼室 20…バルブ 21…カバープレート 22…三方電磁弁 23…大気解放管

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ジメチルエーテルを燃料として用いるデ
    ィーゼル機関において、エンジンクランク室又はそこか
    らブローバイガスを吸気管に吸入させる管路に、エンジ
    ン運転中は閉止され、停止時にエンジンクランク室に残
    存するジメチルエーテルを系外に放出する弁機構が組込
    まれていることを特徴とするジメチルエーテル用ディー
    ゼル機関
  2. 【請求項2】 弁機構が前記管路に取着された三方電磁
    弁であり、系外への放出が大気への解放によってなされ
    るものである請求項1記載のジメチルエーテル用ディー
    ゼル機関
JP14772097A 1997-06-05 1997-06-05 ジメチルエーテル用ディーゼル機関 Pending JPH10339126A (ja)

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