JPH0663835U - ガス燃料使用内燃機関の燃料供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ガス燃料の圧力エネルギを有効利用して機関性
能及び排気性能等を向上させることを目的とする。 【構成】燃料供給通路12に空気モータ14を介装し、該空
気モータ14の出力軸をプーリ18，21とベルト19等を介し
てクランク軸20に連結する。これにより、空気モータ14
で断熱膨張する際の圧力エネルギで空気モータ14を駆動
し、その駆動力をクランク軸20側に伝達することで、ガ
ス燃料の圧力エネルギを機関の出力軸駆動エネルギの一
部として回収する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、ガス燃料を使用する内燃機関の燃料供給装置に関し、特に、ガス燃 料の圧力エネルギを有効利用するようにした技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来から、ＣＮＧ（圧縮天然ガス）やＬＰＧ（液化石油ガス）等のガス燃料を 使用する内燃機関が提案されている（特開平３−２５３７４８号公報、特開平４ −１０３８６４号公報、特開平４−９４４４３号公報及び実開昭６０−９２７４ ２号公報等参照）。

【０００３】 このようなガス燃料を使用する内燃機関では、ボンベやタンク内にガス燃料を 高圧充填し、機関に供給する際にガス燃料を調圧弁で減圧して供給するようにし ている。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、従来のこの種のガス燃料使用内燃機関では、高圧のガス燃料の圧力 エネルギを回収し有効利用するものはなかった。 尚、水素エンジン車において、液体水素を気化する際の気化潜熱を冷凍システ ムの冷熱源として有効利用したものが提案されているが、ガス燃料の圧力エネル ギを回収するものではない。

【０００５】 本考案は上記の事情に鑑みてなされたものであり、ガス燃料の持つ圧力エネル ギを有効利用することにより、機関性能等を向上するようにしたガス燃料使用内 燃機関の燃料供給装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

このため、本考案のガス燃料使用内燃機関の燃料供給装置では、吸気通路に介 装したミキサーとガス燃料供給源とを連通する燃料供給通路に、ガス燃料を断熱 膨張させる燃料膨張手段とを介装すると共に、該燃料膨張手段の出力エネルギを 機関出力に回収するエネルギ回収手段を設ける構成した。

【０００７】 また、燃料膨張手段として流体圧モータを用い、該流体圧モータの出力軸を連 結機構を介して機関出力軸に連結して流体圧モータの出力エネルギを機関出力に 回収する構成とした。 また、燃料膨張手段が、燃料供給通路に介装したタービンであり、エネルギ回 収手段が、前記タービンによって駆動され吸気通路に介装したミキサーの上流側 において吸気通路から分岐して再度合流する分岐吸気通路に設けたコンプレッサ とする。

【０００８】 また、燃料膨張手段の下流側の燃料供給通路に、熱交換器を介装し、燃料供給 通路内の燃料と機関本体を循環する機関冷却媒体とを熱交換する構成とした。

【０００９】

【作用】

かかる構成において、ガス燃料供給源から燃料供給通路を通ってミキサーに燃 料が供給される際に、燃料を断熱膨張させ、そのときの燃料圧力エネルギを機関 の出力に回収することで、ガス燃料の持つ圧力エネルギを有効利用することがで きる。

【００１０】 ガス燃料の断熱膨張によって流体圧モータを駆動して、液圧モータの駆動力を 機関出力軸に連結機構を介して伝達するようにすれば、燃料の圧力エネルギを機 関出力の一部として回収でき、機関出力、燃費の向上が図れる。 また、流体圧モータの代わりに過給機を利用し、過給機のタービンをガス燃料 の圧力エネルギで駆動し、コンプレッサによって吸気を過給することで、燃料圧 力を過給エネルギとして回収し充填効率を高めることができ、機関の高出力化及 び低燃費化が図れるようになる。

【００１１】 また、流体圧モータやタービンにおいて燃料が断熱膨張することで、低温、低 圧のガス燃料となり、流体圧モータからの低温のガス燃料と機関冷却水や潤滑油 とを熱交換器によって熱交換させた後、ミキサーに供給することで、機関の冷却 媒体の冷却に使用できる。また、熱交換によってガス燃料が適温に温度上昇する ので、ミキサーのアイシングを防止できるようになる。

【００１２】

【実施例】

以下、本考案の実施例を図面に基づいて説明する。 図１に本考案の第１実施例のガス燃料使用内燃機関の全体構成を示す。 図において、機関本体１には、排気マニホールド２が接続し、該排気マニホー ルド２に接続する排気管３には、排気ターボチャージャ４の排気タービン４Ａ、 触媒５及び排気マフラ６が順次介装されている。一方、機関本体１に接続する吸 気マニホールド７に接続する吸気管８には、エアクリーナ９、排気ターボチャー ジャ４の吸気コンプレッサ４Ｂ、ミキサー１０及びスロットル弁（図示せず）が 介装されている。

【００１３】 前記ミキサー１０には、ガス燃料が充填された燃料供給源としての例えば燃料 タンク１１からのガス燃料を供給する燃料供給通路１２が接続されている。この 燃料供給通路１２には、ガス燃料を所定圧力まで減圧する調圧弁１３と、燃料膨 張手段としての空気モータ１４と、ミキサー１０の接続部における調量弁１５と が介装されている。尚、液化ガス燃料を使用する場合において、前記調圧弁１３ を図中の点線で示す位置（燃料膨張手段の下流側）に設ける場合には、燃料膨張 手段は液圧モータ（ハイドロリックモータ等）を使用する。また、１６は燃料タ ンク１１に装着された過流防止弁である。

【００１４】 そして、前記空気モータ１４の出力軸に、クラッチ１７を介してプーリ１８を 取付け、該プーリ１８をベルト１９を介して機関本体１のクランク軸２０に設け たプーリ２１に連結し、空気モータ１４の出力軸とクランク軸２０とを連結する 。これら両プーリ１８，２１、ベルト１９及びクラッチ１７でエネルギ回収手段 が構成される。尚、プーリとベルトの連結機構に代えてギヤを用いてもよい。

【００１５】 かかる構成の第１実施例装置の動作を説明する。 燃料タンク１１内の高圧の燃料は、燃料供給通路１２を通過する際に、調圧弁 １３である程度減圧されて空気モータ１４に流入する。ここで、ガス燃料を断熱 膨張させることで、その時の圧力エネルギによって空気モータ１４の出力軸を駆 動する。この駆動力は、クラッチ１７、プーリ１８、ベルト１９、プーリ２１を 介して機関本体１のクランク軸２０に伝達され、機関出力の一部として回収され る。また、ガス燃料の供給が停止された時には、クラッチ１７によってクラッチ 軸２０との連結を切り離す。

【００１６】 このように、高圧のガス燃料が持つ圧力エネルギを機関出力の一部として回収 することで、機関出力及び燃費が向上する。また、燃料ガスが空気モータ１４で 断熱膨張する際に、気化潜熱によって温度低下するため、低温のガス燃料が調量 弁１５を介してミキサー１０に供給され、過給機４の吸気コンプレッサ４Ｂで過 給された給気との混合気の温度が低下し、充填効率が向上し、より一層高出力化 及び燃費向上を図ることができる。更に、燃焼温度の低減によりＮＯx を低減で きると共に、ノッキングし難くなり、圧縮比の向上により、更に、出力及び燃費 の向上が図れる。また、過給気の冷却用に搭載されるインタークーラを省略する ことが可能となる。

【００１７】 次に、本考案の第２実施例を図２に示し説明する。尚、第１実施例と同一要素 には同一符号を付して説明を省略する。 図２において、本実施例では、前記空気モータ１４下流側の燃料供給通路１２ に、熱交換器２２を介装し、燃料供給通路１２側のガス燃料を冷媒として機関本 体の冷却通路２３を循環する機関冷却水を冷却する構成である。２４はウォータ ポンプを示す。尚、機関冷却水の代わりに機関の潤滑油を冷却するよう構成して もよい。

【００１８】 かかる構成において、高圧の燃料が空気モータ１４で断熱膨張してその圧力エ ネルギが機関本体１側のクランク軸２０の出力の一部として回収されることは、 第１実施例と同様である。 そして、第２実施例装置では、空気モータ１４での断熱膨張によって温度低下 したガス燃料は、熱交換器２２に導入され、ここで冷媒として機関冷却水又は機 関潤滑油を冷却した後、ミキサー１０に供給される。このため、ミキサー１０に 供給されるガス燃料の温度は熱交換器２２で適温に上昇するので、ミキサー１０ のアイシングが防止できる。また、空気モータ１４の出力が高いとき、即ち、ガ ス燃料の供給流量が多い時は、機関冷却水温度又は機関潤滑油の温度も高いので 、熱の需給バランスにおいて問題はなくなんら支障はない。そして、機関冷却水 の冷却に使用すればラジエータを小型化することが可能となる。

【００１９】 上記第１及び第２実施例では、燃料膨張手段として空気モータ又は液圧モータ を使用する構成としたが、図３に示す第３実施例のように、過給機を使用しても よい。 即ち、第３実施例を示す図３において、燃料供給通路１２に過給機３０のター ビン３０Ａを介装する。一方、吸気管８に、排気ターボチャージャ４の吸気コン プレッサ４Ｂをバイパスする分岐吸気通路としてのバイパス吸気管８Ａを設け、 該バイパス吸気管８Ａに、前記タービン３０Ａで駆動されるコンプレッサ３０Ｂ を介装する。尚、第３実施例では、熱交換器２２′は、機関潤滑油を冷却するも のとして、潤滑油通路２３′に介装する構成とした。２４′はオイルポンプを示 す。

【００２０】 本実施例の動作を説明すると、燃料供給通路１２からタービン３０Ａに流入し たガス燃料は、ここで、膨張しその時の圧力エネルギでタービン３０Ａを駆動し てバイパス吸気管８Ａのコンプレッサ３０Ｂを駆動して、吸気を過給する。バイ パス吸気管８Ａの過給気は、吸気管８側排気ターボチャージャ４で過給された過 給気と合流してミキサー１０に流入する。

【００２１】 このように、ガス燃料の圧力エネルギを過給エネルギとして回収することで、 この実施例の場合も充填効率が向上し、機関の出力及び燃費を向上できる。また 、タービン３０Ａで断熱膨張したガス燃料の気化潜熱によって潤滑油の冷却がで きる。

【００２２】

【考案の効果】

以上説明したように本考案によれば、高圧ガス燃料の持つ圧力エネルギを、機 関の出力軸駆動力又は過給エネルギとして回収する構成としたので、ガス燃料の 圧力エネルギの有効利用によって機関の高出力化及び低燃費化を図ることができ る。また、温度低下したガス燃料を直接ミキサーに供給するようにすれば、燃焼 温度を低減できＮＯx を低減できる。また、ガス燃料膨張時の温度低下を利用し て機関の冷却媒体を冷却すれば、ラジエータ等の冷却器の小型化又は省略が可能 となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の第１実施例の全体構成図

【図２】本考案の第２実施例の全体構成図

【図３】本考案の第３実施例の全体構成図

【符号の説明】

１ 機関本体 ８ 吸気管 ８Ａ バイパス吸気管 １０ ミキサー １１ 燃料タンク １２ 燃料供給通路 １４ 空気モータ １７ クラッチ １８，２１ プーリ １９ ベルト ２０ クランク軸 ２２，２２′ 熱交換器 ２３ 冷却水通路 ２３′ 潤滑油通路 ３０ 過給機 ３０Ａ タービン ３０Ｂ コンプレッサ

───────────────────────────────────────────────────── 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 21/02 Ｌ

Claims (4)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸気通路に介装したミキサーとガス燃料
   供給源とを連通する燃料供給通路に、ガス燃料を断熱膨
   張させる燃料膨張手段とを介装すると共に、該燃料膨張
   手段の出力エネルギを機関出力に回収するエネルギ回収
   手段を設けて構成したことを特徴とするガス燃料使用内
   燃機関の燃料供給装置。
2. 【請求項２】 前記燃料膨張手段が、流体圧モータであ
   り、前記エネルギ回収手段が、該流体圧モータの出力軸
   を連結機構を介して機関出力軸に連結して流体圧モータ
   の出力エネルギを機関出力に回収する構成である請求項
   １記載のガス燃料使用内燃機関の燃料供給装置。
3. 【請求項３】 前記燃料膨張手段が、燃料供給通路に介
   装したタービンであり、エネルギ回収手段が、前記ター
   ビンによって駆動され吸気通路に介装したミキサーの上
   流側において吸気通路から分岐して再度合流する分岐吸
   気通路に設けたコンプレッサである請求項１記載のガス
   燃料使用内燃機関の燃料供給装置。
4. 【請求項４】 前記燃料膨張手段の下流側の燃料供給通
   路に、熱交換器を介装し、燃料供給通路内の燃料と機関
   本体を循環する機関冷却媒体とを熱交換する構成とした
   ことを特徴とする請求項１記載のガス燃料使用内燃機関
   の燃料供給装置。