JPS6149497B2

JPS6149497B2 -

Info

Publication number: JPS6149497B2
Application number: JP9465879A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kobayakawa
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 1979-07-24
Filing date: 1979-07-24
Publication date: 1986-10-29
Also published as: JPS5618031A

Description

【発明の詳細な説明】デイーゼルエンジンの主燃料に対して副燃料を
併用することは、基礎研究的な面で数多くの試み
がなされているが、商品化レベルの応用的な研究
としてはさらに追求を要する状況にある。

基礎研究的な面においてはその一例として、通
常のデイーゼルエンジンに気体副燃料としての液
化石油ガス（LPG）を付加吸入させ、出力の向上
や熱効率の改善を図る研究がすでによく知られて
いるが、これらはLPG併用による根本的な現象面
の解明に主眼がおかれているため、商品化開発の
局面からさらに研究を尽す必要性がある。たとえ
ば、自動車用デイーゼルエンジンのように負荷や
エンジン速度が頻繁に変化するようなものでは、
その運転状態に時々刻々と適合させた気体副燃料
の供給が要請されるものである。

本発明は、上述のような観点に立つて提供され
たものであつて、通常のデイーゼルエンジンに気
体副燃料を付加するものではなく、主燃料だけで
運転した場合の最大負荷時の最大噴油量を10〜30
％低減させ、該噴油低減の帯域に対応させてたと
えば液化石油ガスから得られる気体副燃料を適宜
量供給することを基本思想とするもので、排気黒
煙の低減、出力向上、燃費の改善およびNOxの
低減等の諸点において好ましい結果を求めようと
するものである。

以下、図面の実施例にしたがつて本発明を詳し
く説明する。第１図および第２図は、第１〜第３
発明に対応する実施例であり、１は通常のデイー
ゼルエンジンであつて、吸気通路２を形成する吸
気管３、エアクリーナ４、排気管５、燃料噴射ポ
ンプ６等を備えている。

この実施例における気体副燃料は、液化石油ガ
ス（LPG）から得られるものであり、LPGタンク
７、気化装置８、圧力調整弁９、電磁開閉弁１０
の順序で副燃料用のパイプ１１により接続され、
該パイプ１１の端部は吸気通路２に開口してい
る。燃料噴射ポンプ６に関連づけられた（連絡関
係は図示していない）加速装置は自動車用アクセ
ルペダル１２の態様で図示されており、該ペダル
１２の踏込量が一定値に達つした際に閉じるスイ
ツチ１３が設置されている。最大負荷時の最大噴
油量を10〜30％低減させるために噴油量低減手段
１４が燃料噴射ポンプ６に付設してある。結線１
５により電池１６電磁開閉弁１０、スイツチ１３
および噴油量低減手段１４が直列に接続されてい
る。

噴油量低減手段１４は最大負荷時の最大噴油量
を10〜30％低減させるもので、そのような負荷帯
域以外においては通常の噴油量が保証されるもの
であればよく、その具体例を第２図に示した。静
止部材１８に固定されたケーシング１９内に電磁
コイル２０が収容され、さらにその内部を貫通す
る鉄芯２１がケーシング１９外に突き出ている。
鉄芯２１の一端にはストツパ片２２が固定される
と共に、他端には雄ネジ２３を設けてそれにスト
ツパ円板２４が螺合してある。なお、ストツパ円
板２４は位置調節を図つた後ロツクナツト２５で
固定されるようになつており、またストツパ片２
２側にもストツパフランジ２６が設けてある。さ
らに、ケーシング１９に内装されたスプリング２
７により非作動時の原位置が設定されるようにな
つている。２８は燃料噴射ポンプ６の噴油量制御
ラツクであつて、鉄芯２１と同軸的に配置されス
トツパ片２２がラツク２８の端面と対向してい
る。

最大負荷を下まわる帯域ではペダル１２がスイ
ツチ１３を閉じることがないので、電磁開閉弁１
０には通電されず、気体副燃料は遮断されてい
る。したがつて、この負荷帯域では主燃料である
デイーゼル燃料だけで運転され通常の噴油量制御
が施されていることになる。

ペダル１２が多量に踏込まれて最大負荷の帯域
に達つすると、スイツチ１３が閉じられるので、
電磁開閉弁１０と電磁コイル２０に通電され、気
体副燃料が吸気通路２へ注入される。電磁コイル
２０によつて鉄芯２１が励磁されると、鉄芯２１
はスプリング２７を圧縮しながら右方へ移動し、
ストツパ円板２４がケーシング１９を衝合するこ
とによつて、鉄芯２１の右動量が決定される。こ
の右動によつて本来ならばａ点に達つするラツク
２８の位置がｂ点に抑制されるものであり、換言
するとａ−ｂ間距離が10〜30％の噴油低減ストロ
ークということになる。図面から明らかなごと
く、ストツパ円板２４の位置調節を行うことによ
りａ−ｂ間距離を変更し、これによつて噴油低減
率を最適値に設定することができる。

LPGタンク７からの液化ガスは、気化装置８で
気化されさらに圧力調整弁９で調圧されるのであ
るが、気体副燃料の圧力は吸気通路２のそれより
も高い値にすることが定量供給にとつて好ましい
ことが実験によつて確認された。この場合、吸気
通路２中の圧力は大気圧以下であるため、気化副
燃料の圧力は０〜0.5Kg/cm²の範囲内に設定するの
が適当である。また、一定量供給においては供給
ノズルの口径を所定値に設定するのが好ましく、
この供給ノズルは吸気通路２への開口部分にとり
付けられる。

後述の実験結果で詳しく述べるが、気体副燃料
は重量比で全燃料中の10〜25％が好適であつた。
これは第６図から考察されるごとく排気黒煙の濃
度、燃費率、平均有効圧等との相互関係において
妥当と判断される％である。

以上に説明した実施例は、最大負荷時の最大噴
油量を意識的に低減させ、この低減帯域に対応さ
せて適宜量の気体副燃料を供給すること、並びに
この供給を吸気中へ押込み的に供給すること、さ
らには供給量をエンジン速度に関係なく常に一定
量とすることを実現するものとして掲げられたも
のである。しかしながら、最大負荷状態であつて
も、その時のエンジン速度に相関させて増量的に
供給することが機能的に一層好ましいことが判明
したので、第４発明として位置づけを行なつた。
第３図はその場合の実施例図面であつて、先の実
施例と同一構成部材には同一符号をつけて詳しい
説明は省略してある。

すなわち、パイプ１１内に設置した流量調節弁
２９に対してエンジン速度に相関した変位を投入
したもので、速度相関の手段としてはガバナー３
０を用いている。ガバナー３０はエンジンの出力
軸に直接または間接的に連結されたもので、図示
のごとくエンジン速度が大であれば、流量調節弁
２９の開度も大きくなるように相関づけてある。

したがつて、たとえば中速域で最大負荷となつ
た場合には、それに見合つた気体副燃料量が設定
され、高速域で最大負荷となつた場合には中速域
での気体副燃料量よりも多量の気体副燃料量が供
給されることになる。もちろん、第３図から明ら
かなように最大負荷時の最大噴油量は噴油量低域
手段１４によつて10〜30％の範囲内で低減させら
れている。

つぎに、実験結果について述べるとつぎのとお
りである。供試エンジンは、気筒容積2500c.c.４気
筒サイクル渦流式デイーゼルエンジンであつて、
主燃料には市販の軽油を用い気体副燃料用として
はエタンとエチレンの総知が2.7％、プロパン
68.5％、プロピレン12.5％、ブタン16.3％（体積
比）から成る家庭用プロパンガスを使用した。

デイーゼルエンジンにおいては、排気黒煙、出
力問題、燃費率、NOx等の問題が、高負荷域で
その中でも特に全負荷運転時に大きな影響を持つ
のであるが、第１発明のごとく問題になる負荷帯
域に対応させて主燃料の低域と気体副燃料の供給
を行うものであるから、問題の生じる帯域に対し
て確実に対策を施すことができるのである。な
お、気体副燃料を高負荷域以外においても主燃料
に付加的に供給することも研究ずみであるが、主
燃料量と相関させて全負荷域付近で気体副燃料を
供給することが最も効果的であると判断される。

副燃料を液体で供給する場合であれば、その計
量は比較的容量であるが、本発明のごとく気体で
供給する場合には、供給量の設定に十分な配慮を
尽す必要がある。第２発明においては、吸気通路
よりも高い圧力条件下で気体副燃料を供給するも
のであるから、供給圧力を供給ノズル部の選定に
よつて期待どおりの供給量が確保できる。

自動車用デイーゼルエンジンの場合には、道路
や積荷時の条件によつてエンジン速度と最大負荷
とが複雑に交錯した状態で現われるが、発電用や
ウインチ用等のデイーゼルエンジンであれば自動
車ほどの過酷な条件ではない。したがつて、発電
用のごとき後者の場合であれば、第３発明のよう
にエンジン速度に関係なく気体副燃料を定量供給
すればよく、また前者の場合であれば必要に応じ
て第４発明のようにエンジン速度に相関させて増
量的に供給するのが好適である。

第４図〜第７図に示された各種の実験結果に関
連づけて各改善項目を説明するとつぎのとおりで
ある。

(1) 排気黒煙濃度について黒煙濃度は、高負荷域で特に全負荷近辺にお
いて著しく濃くなるのであるが、その帯域にお
ける主燃料の噴油量が10〜30％低減させられる
ことによつて、十分に改善されている。各図の
黒煙濃度は反射率によつて表示したもので、負
荷との対応で見ると第４図のごとく軽・中負荷
域とほとんど変わらない濃度値を呈している。
また、噴射開始時期との関係で見ると第５図の
ように開始時期が遅くなるにつれて黒煙濃度が
低下しており、この点は後述のNOx低域との
関連において良好な意味を有している。同時に
主燃料のみ場合に比してかなりの濃度低下が認
められる。さらに、第６図の気体副燃料の供給
量との関連では、10％以上になると良好な値を
呈している。

(2) 出力向上について平均有効圧の面から観察すると、第５図およ
び第６図のごとく改善されている。これは、第
７図のインジケータ線図から明らかなように主
燃料のみの場合であれば、着火遅れが相当大き
く現われているが、気体副燃料との複合の場合
には、着火遅れが大幅に短縮され、これによつ
て有効燃焼が長期化するためであると見なされ
る。

(3) 燃料消費率について燃費率は、高負荷域、噴射開始時期が上死点
前20゜〜10゜付近および気体副燃料が10〜20％
付近において改善されている。これは、最大負
荷時の最大噴油量を10〜30％低減させると共に
余剰空気を気体副燃料の燃焼に利用せしめるこ
とが効果的な因子であると判断される。主燃料
だけの場合の空気利用度は一般に低く、吸入空
気の10〜20％が利用されないままで排出される
のが通常であるから、この排出空気を気体副燃
料の燃焼に利用することによつて、主・副総合
の燃費率が向上するのである。また、着火遅れ
の短縮化によつて有効仕事量が増大し、燃費率
向上に役立つている。

(4) NOxについてデイーゼルエンジンのNOxは、一般に噴射
開始時期を遅らせることを主な手段にして対処
されている。しかし、この遅延を過度に行うと
NOx低域にとつて好ましいものであつても、
着火遅れが相剰して有効平均圧の低下、ノツキ
ングや騒音の増大、黒煙発生および燃費率の悪
化等が著しく生じて来るので実用的ではなくな
つしまう。本発明のごとく気体副燃料を供給す
ることによつて着火遅れを大幅に短縮させれ
ば、従来の値以上に噴射開始時期を遅らせるこ
とが可能となり、NOxの低減促進とそれに伴
う副作用的現象を補うことができるのである。

以上に述べて来た諸点を総括的にまとめると、
LPGのような気体副燃料を吸入空気と共にエンジ
ンへ供給すると、その圧縮行程においてアルデヒ
ドのごとき中間反応物質を生じ、これによつて主
燃料の着火燃焼を促進させると共にデイーゼルエ
ンジンにおける過剰な空気の酸素を出力向上面に
反映させ得ることになる。同時に燃焼状態を改善
して黒煙の多量発生を防ぎ、主燃料の噴射時期を
最適に調整し得てNOxの低減や引いては熱効率
の向上に寄与することができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す概要図、第２図
は噴油量低減手段の縦断側面図、第３図は他の実
施例を示す概要図、第４図乃至第７図は実験結果
を示す各種の線図である。

Claims

【特許請求の範囲】１主燃料だけで運転した場合の最大負荷時の最
大噴油量を10〜30％低減させ、該噴油低減の帯域
に対応させてたとえば液化石油ガスから得られる
気体副燃料を適宜量供給することを特徴とする気
体副燃料を併用するデイーゼルエンジンの燃料供
給方法。２主燃料だけで運転した場合の最大負荷時の最
大噴油量を10〜30％低減させ、該噴油低減の帯域
に対応させてたとえば液化石油ガスから得られる
気体副燃料を適宜量供給する方法において、気体
副燃料をエンジン吸気通路中の圧力よりも高い圧
力の条件下で吸気中に供給することを特徴とする
気体副燃料を併用するデイーゼルエンジンの燃料
供給方法。３主燃料だけで運転した場合の最大負荷時の最
大噴油量を10〜30％低減させ、該噴油低減の帯域
に対応させてたとえば液化石油ガスから得られる
気体副燃料を適宜量供給する方法において、エン
ジン速度に関係なく一定量の気体副燃料を供給す
ることを特徴とする気体副燃料を併用するデイー
ゼルエンジンの燃料供給方法。４主燃料だけで運転した場合の最大負荷時の最
大噴油量を10〜30％低減させ、該噴油低減の帯域
に対応させてたとえば液化石油ガスから得られる
気体副燃料を適宜量供給する方法において、気体
副燃料をエンジン速度に相関させて増量的に供給
することを特徴とする気体副燃料を併用するデイ
ーゼルエンジンの燃料供給方法。