JPH02181027A - 水素・液化天然ガス用エンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は水素・液化天然ガス用エンジンに係り、特に
エンジンの負荷運転状態に応じて燃料たる水素と液化天
然ガスとを供給し、これら水素と液化天然ガスとの供給
によって機関性能を向上させる水素・液化天然ガス用エ
ンジンに関する。

［従来の技術］ 内燃機関たるエンジンの燃料をしては、主にガソリンや
軽油等が利用されているが、有害排気物質による汚染や
資源の枯渇等の諸問題に鑑み、近時、代替燃料として水
素や液体天然ガス（Ｌ　Ｎ　Ｇ）が注目されている。こ
れら燃料としての水素や液体天然ガスは、気体燃料であ
ることから空気との混合が良好で均質な混合気を生成す
ることができ、これにより良好な燃焼を得て有害排気物
質の低減を果たすことができる等の種々の利点を有する
ものである。

このようなエンジンとしては、例えば、特公昭５７−４
８０８号公報や特開昭５６−１６２２２６号公報、特開
昭５８−１１９９２８号公報に夫々開示されるものがあ
る。

特公昭５７−４８０８号公報には、メタルハイドライド
を加熱して水素を発生させるべく供給される排気ガスの
供給量を、前記発生する水素の圧力によって調整するこ
とにより、水素の安定供給を図った水素エンジンが開示
されている。

また、特開昭５Ｅｉ−１６２２２６号公報には、低圧圧
縮した液化天然ガスを灯油等の溶媒に溶解して貯留し、
この溶媒上に気化して滞留する液化天然ガスを燃料とす
る液化天然ガスエンジンが開示されている。

更に、特開昭５８−１１９９２８号公報には、燃焼室に
２つ設けた吸気弁の両側に夫々排気弁と水素供給弁とを
対向配設することにより、高温の排気弁に向かう水素の
流れを空気の流れにより邪魔して過早着火・ノッキング
の発生を防止した水素エンジンが開示されている。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、従来の水素・液化天然ガス用エンジンにおい
ては、酸素富化空気供給手段の酸素富化膜から高酸素濃
度の空気を得るために、吸気ポンプによって酸素富化膜
の前後部位に所定の圧力差を生じさせている。

そして、吸引ポンプにより圧力差を大とするとともに空
気流量を大とすると、吸引ポンプが高温となり、破損が
生ずる惧れがある。つまり、現行の吸引ポンプの限界使
用可能温度は約１２０　’Ｃてあり、上述の要求酸素濃
度と流量とを満足させるには約８０℃の温度上昇がある
ことにより、特に夏場での長時間の高速走行や登板時に
おいて前記吸引ポンプの破損頻度が人となるという不都
合がある。

［発明の目的］ そこでこの発明の目的は、」二連不都合を除去するため
に、水素参液化天然ガス用エンジンの酸素富化空気供給
手段の取入り側と取出口側との間に所定の圧力差を生じ
させる吸引ポンプを設けるとともに、酸素富化空気供給
手段の排気口に排気ファンを設け、吸引ポンプを冷却す
べく排気ファンの下流側を吸引ポンプに指向させて設け
たことにより、排気ファンからの排風を吸引ポンプに指
向させ、吸引ポンプを確実に冷却することができ、吸引
ポンプの損傷を防止し得る水素・液化天然ガス用エンジ
ンを実現するにある。

口問題点を解決するための手段］ この目的を達成するためにこの発明は、エンジンの負荷
運転状態に応じて燃料たる水素と液化天然ガスとのいず
れか一方を供給する水素Ｏ液化天然ガス用エンジンにお
いて、酸素富化空気供給手段の取入口側と取出口側との
間に所定の圧力差を生じさせる吸引ポンプを設けるとと
もに前記酸素富化空気供給手段の排気口に排気ファンを
設け、前記吸引ポンプを冷却すべく前記排気ファンの下
流側を前記吸引ポンプに指向させて設けたことを特徴と
する。

［作用］ 上述の如く構成したことにより、水素・液化天然ガス用
エンジンを駆動させた際に、排気ファンからの排風を吸
引ポンプに指向させ、吸引ポンプを確実に冷却し、吸引
ポンプの損傷を防止している。

［実施例］ 以下図面に基づいてこの発明の実施例を詳細に説明する
。

第１〜３図はこの発明の実施例を示すものである。第１
図において、２は水素・液化天然ガス用エンジン（以下
、　「エンジン」という）、４は酸素富化空気供給手段
たる酸素富化空気供給機構である。この実施例において
、エンジン２は、酸素富化空気を供給されるとともに、
燃料として水素と液化天然ガスとを供給される。

前記エンジン２に酸素富化空気を供給する酸素富化空気
供給機構４は、本体６内に特定の気体を選択的に透過さ
せる気体選択性透過膜等の酸素富化空気生成体たる例え
ば酸素富化膜８を備えている。前記本体６の空気の取入
口６ａ側にはエアクリーナ１０を設け、本体６の取出口
６ｂ側には例えば前記エンジン２の駆動力等により駆動
される吸引ポンプ１２を設けている。この吸引ポンプ１
２により酸素富化膜８の前記取入口６ａ側と取出口６ｂ
側との間に圧力差を生じさせ、取出口６ｂ側に酸素富化
膜８により空気中の酸素濃度を高めて酸素富化空気を生
成する。

このように、取出口６ｂ側に空気中の酸素濃度を高めて
酸素富化空気を生成する一方で、取入口６ａ側には酸素
濃度の低減により窒素濃度の高められた空気として窒素
富化空気が残留生成されることになる。この窒素富化空
気が前記取入ロ６ａ周辺に滞留すると、取り入れた空気
が窒素富化空気で飽和して酸素富化空気の生成が困難に
なる。

そこで、前記酸素富化空気供給機構４の本体６に排気口
１４を設け、この排気口１４に排気ファン１６を設ける
とともに、排気口１４の下流側１４２を前記吸引ポンプ
１２に指向させて設けている。

これにより、不要な窒素富化空気を外部に排気し得ると
ともに、冷却風としても利用することができる。

前記酸素富化膜８の取出口６ｂ側に生成された酸素富化
空気は、前記吸引ポンプ１２下流に始端する連通路１８
によって、前記エンジン２の吸気通路２０始端側に設け
た酸素富化空気の導入室２２に供給される。導入室２２
内には、後述のベーパライザ６６が設けられており、燃
料たる液化天然ガスの気化潜熱により酸素富化空気を冷
却する。

導入室２２で冷却された酸素富化空気は、ミキサ２４に
より燃料と混合して混合気を生成し、吸気絞り弁２６に
より流量を調整し、吸気弁２８を介して燃焼室３０に供
給される。燃焼室３０で燃焼生成された排気は、排気弁
３２を介して排気通路３４に排出され外部に排出される
。

前記酸素富化空気供給機構４の本体６内の酸素富化膜８
は、基準となる基準酸素富化膜８−０と、この基準酸素
富化膜８−０と同様に構成された第１、第２酸素富化膜
８−Ｌ　　８−２とからなる。

これら基準酸素富化膜８−０および第１、第２酸素富化
膜８−１．８−２は、前記取入口６ａ側に夫々連通する
とともに、取出口６ｂ側に夫々連通している。前記第１
、第２酸素富化膜８−１．８−２の取出口６ｂ側には、
夫々第１、第２制御弁３６−１．３６−２を設ける。こ
れら第１、第２制御井３６−１．３６−２は、図示しな
い制御手段に接続している。この制御手段によって第１
、第２制御弁３６−１．３６−２を開閉することにより
第１、第２酸素富化膜８−１．８−２は取出口６ｂ側に
対して連通・遮断される。

前記本体６の取入口６ａ側と取出口６ｂ側とには取入口
側圧力センサ３８と取出口側圧力センサ４０とを設ける
とともに、前記導入室２２には導入室圧力センサ４２と
導入室吸気温センサ４４とを設ける。これら各センサ３
８〜４４は、図示しない前記制御手段に接続され、この
制御手段によって、前記取入口側圧力センサ３８と取出
口側圧力センサ４０とにより夫々検出される圧力の差が
所定圧力となるように、前記吸引ポンプ１２を駆動制御
する。

また、導入室２２内の圧力は、前記エンジン２の要求す
る酸素富化空気要求量と前記酸素富化空気供給機構４の
供給する酸素富化空気供給量との圧力差になる。そこで
、導入室吸気温センサ４４の検出する導入室吸気温を加
味しつつ導入室圧力センサ４２の検出する導入室２２内
の圧力に応じ、前記制御手段により前記第１、第２制御
弁３６−１．３６−２を開閉制御して第１、第２酸素富
化膜８−Ｌ　　８−２を取出口６ｂ側に選択的に連通さ
せることにより、酸素富化膜８の酸素富化空気生成面積
を増減制御する。これにより、酸素濃度の大幅な変動を
招くことなく、エンジン２の酸素富化空気要求量に応じ
て酸素富化空気供給機構４より供給される酸素富化空気
供給量を増減し、適正に供給することができる。

この酸素富化空気供給機構４の酸素富化空気は、所望に
応じてエンジン２に供給される。つまり、エンジン２の
低負荷運転状態から高負荷運転状態までの全域において
供給することも可能であり、また、特定の負荷運転状態
においてのみ供給することも可能である。なお、符号４
６は導入室２２に大気を吸入する吸入用逆止弁、４８は
導入室２２から大気に排出する排出用逆止弁である。

前記エンジン２に供給される燃料たる水素を貯留する図
示しない水素タンクは、例えば水素化金属（ＭＥＴＡＬ
　　ＨＹＤＲＩＤＥ）により水素を貯留し、前記ミキサ
２４により水素の混合気を生成し、吸気絞り弁２６によ
り流量を調整して燃焼室３０に供給する。

また、図示しない水素タンクの加熱機構は、前記エンジ
ン２の冷却水通路５０に連絡され、排気ガスの熱により
前記加熱機構に向かって流れる冷却水を昇温させる。

前記エンジン２に供給される燃料たる液化天然ガスを貯
留する液化天然ガスタンク５２は、液化天然ガス充填管
５４により液化天然ガス充填弁５θを介して極低温の液
化した液化天然ガスを充填させる。液化天然ガスタンク
５２の液化天然ガスは、液化天然ガス取出弁５８により
取出され、液化天然ガス供給管６０により供給される。

液化天然ガス供給管６０には、フィルタ６２、電磁弁６
４、ベーパライザ６６が順次配設されている。

前記電磁弁６４は、図示しない制御手段に接続されてい
る。また、前記ベーパライザ６６は、前記導入室２２内
に設けられ、酸素富化空気との熱交換により液化天然ガ
スを加温して蒸発させるとともに、酸素富化空気を冷却
する。

前記ベーパライザ６６下流側の液化天然ガス供給管６０
は、供給管６８に接続され、この供給管６８途中にはレ
ギュレータ７０が設けられている。

供給管６８は液化天然ガスをミキサ２４に供給し、この
ミキサ２４により液化天然ガスの混合気を生成し、吸気
絞り弁２６により流量を調整して燃焼室３０に供給する
。

また、前記ベーパライザ６６は、第２．３図に示す如く
、酸素富化空気を通過させる第１通路７２と、この第１
通路７２途中に設けた放射状フィン７４と、放射状フィ
ン７４の中心を通る液化天然ガス（ＬＮＧ）用第２通路
７６とを有する。

前記第１通路７２下部に熱交換によって結露した酸素富
化空気中の水を収集する収集凹部７８を設け、第１〜３
図に示す如く、この収集凹部７８下部を始端とし前記排
気口１４の下流側１４ｚに終端する水通路８０を設ける
。

次に作用について説明する。

前記エンジン２を駆動すると、図示しない制御手段は、
酸素富化空気供給機構４の本体６の取入口６ａ側の圧力
と取出口６ｂ側の圧力とが所定圧力となるように吸引ポ
ンプ１２を駆動制御する。

また、導入室２２内の圧力に応じて第１、第２制御弁３
６−１．３６−２を開閉制御し、第１、第２酸素富化膜
８−Ｌ　　８−２を取出口６ｂ側に選択的に連通させて
酸素富化膜８の酸素富化空気生成面積を増減制御する。

これにより、酸素濃度の大幅な変動を招くことなく、エ
ンジン２の酸素富化空気要求量に応じて酸素富化空気供
給機構４より供給される酸素富化空気供給量を増減し、
適正に供給する。

このエンジン２の負荷運転状態、例えば、アイドリング
運転状態あるいは低速運転状態の低負荷運転状態や、加
速運転状態あるいは高速運転状態の高負荷運転状態に応
じて水素と液化天然ガスとのいずれか一方供給するよう
に制御する。

また、前記排気ファン１６からの排気は、排気口１４の
下流側１４ｚから吸引ポンプ１２に向けて排出される。

そしてこのとき、前記ベーパライザ６６内における熱交
換によって結露した水が収集四部７８に収集され、水通
路８０によって排気口１４の下流側１４ｚに案内され、
上述の排気によって前記吸引ポンプ１２に吹き付けられ
る。

これにより、前記排気ファン１６によって排出される排
気で吸引ポンプ１２を冷却することができるとともに、
この排気と前記ベーパライザ６６からの水とによって水
が吸引ポンプ１２に吹き付けられ、水の蒸発熱により吸
引ポンプ１２を一層冷却させることができ、実用上有利
である。

また、前記吸引ポンプ１２を確実に冷却できることによ
り、特に夏場での長時間の高速走行や登板時においても
、前記吸引ポンプ１２の破損を防止することができるも
のである。

更に、前記排気口１４の延長と水通路８０との形成のみ
で実現できることにより、構成が極端に複雑化せず、コ
ストを低摩に維持でき、経済的に有利である。

［発明の効果コ 以上詳細に説明した如くこの発明によれば、水素・液化
天然ガス用エンジンの酸素富化空気供給手段の取入口側
と取出口側との間に所定の圧力差を生じさせる吸引ポン
プを設けるとともに、酸素＝１３− 富化空気供給手段の排気口に排気ファンを設け、吸引ポ
ンプを冷却すべく排気ファンの下流側を吸引ポンプに指
向させて設けたので、排気ファンによって排出される排
気で吸引ポンプを確実に冷却することができ、特に夏場
での長時間の高速走行や登板時においても、前記吸引ポ
ンプの破損を防止し得るものである。また、前記酸素富
化空気供給手段の構成が極端に複雑化しないことにより
、コストを低床に維持し得て、経済的に有利である。

【図面の簡単な説明】

第１〜３図はこの発明の実施例を示し、第１図は水素・
液化天然ガス用エンジンの概略構成図、第２図はベーパ
ライザの概略拡大断面図、第３図は第２図の■−■線に
よるベーパライザの概略端面図である。 図において、２は水素・液化天然ガス用エンジン、４は
酸素富化空気供給機構、６は本体、６ａは取入口、６ｂ
は取出口、８は酸素富化膜、１０はエアクリーナ、１２
は吸引ポンプ、１４は排気口、１４ｚは下流側、１６は
排気ファン、２２は導入室、３６−１は第１制御弁、３
６−２は第２制御弁、３８は取入口側圧力センサ、４０
は取出口側圧力センサ、４２は導入室圧力センサ、４４
は導入室吸気温センサ、４６は吸入用逆止弁、４８は排
出用逆止弁、５２は液化天然ガスタンク、６６はベーパ
ライザ、７２は第１通路、７４は放射状フィン、７６は
第２通路、７８は収集凹部、８０は水通路である。 特　　　許　出願人 代　理　人　弁理士 鈴木自動車工業株式会社 西　　　郷　　　義　　　美 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、エンジンの負荷運転状態に応じて燃料たる水素と液
   化天然ガスとのいずれか一方を供給する水素・液化天然
   ガス用エンジンにおいて、酸素富化空気供給手段の取入
   口側と取出口側との間に所定の圧力差を生じさせる吸引
   ポンプを設けるとともに前記酸素富化空気供給手段の排
   気口に排気ファンを設け、前記吸引ポンプを冷却すべく
   前記排気ファンの下流側を前記吸引ポンプに指向させて
   設けたことを特徴とする水素・液化天然ガス用エンジン
   。