(57)【要約】【課題】電気的に軽油と天然ガスの供給量を制御することで、天然ガスの供給量を任意の量に制御することができ、排気ガスの黒鉛減少を実現して低公害化を達成するとともに、低燃費での走行を可能にすることができるデュアルフューエル・ディーゼルエンジンを提供する。【解決手段】本発明のデュアルフューエル・ディーゼルエンジンは、ディーゼルエンジン２に軽油を供給する液体燃料供給ライン３０と、天然ガスをディーゼルエンジン２に供給する天然ガス供給ライン１０と、からなるデュアルフューエル・ディーゼルエンジン１であって、  前記デュアルフューエル・ディーゼルエンジン１内に、電気的に軽油と天然ガスの供給量を制御するエンジンコントロールユニット４０を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルエンジンに軽油を供給する液体燃料供給ラインと、天然ガスをディーゼルエンジンに供給する天然ガス供給ラインと、からなるデュアルフューエル・ディーゼルエンジンであって、
前記デュアルフューエル・ディーゼルエンジン内に、電気的に軽油と天然ガスの供給量を制御するエンジンコントロールユニットを備えたことを特徴とするデュアルフューエル・ディーゼルエンジン。
【請求項２】
前記エンジンコントロールユニットは、排気酸素濃度センサ、排気温度センサ、バキュームセンサ及び、運転席側のアクセルセンサ、ガス残量モニタ、切替スイッチからのデータにより、天然ガス供給ラインを制御する天然ガスコントロールユニットと、
スピードセンサ、燃料センサ、回転センサ、水温センサを制御する車輌コントロールユニットとを備える請求項１記載のデュアルフューエル・ディーゼルエンジン。
【請求項３】
前記天然ガス供給ラインは、ガス容器に連結された圧力計と主止弁と、該主止弁に連結された一対のレギュレータと、レギュレータから送られた天然ガスをエンジンへ供給するミキサーとで構成される請求項１記載のデュアルフューエル・ディーゼルエンジン。
【請求項４】
前記ミキサーは、送られてきた天然ガスの流量により、エンジンへの供給量を調節する天然ガス供給量調整機構を具備する請求項３記載のデュアルフューエル・ディーゼルエンジン。
【請求項５】
前記天然ガス供給量調整機構は、ミキサー本体と、ミキサー本体に具備された、ガス流量の少ない際に稼働する第一送管と、ガス流量の多い際に稼働する第二送管とからなる請求項４記載のデュアルフューエル・ディーゼルエンジン。
【請求項６】
前記第一送管は、小孔が穿孔されたミキサー本体の空洞部に連結され、前記第二送管は、ミキサー本体の本管内に連結されている請求項５記載のデュアルフューエル・ディーゼルエンジン。
【請求項７】
前記デュアルフューエル・ディーゼルエンジン内に、エンジンから排気された未燃焼ガスを、再度エンジンに供給して再燃焼させる再循環バルブを備えた請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載のデュアルフューエル・ディーゼルエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気的に軽油と天然ガスの供給量を制御することで、燃焼効率の向上及び排気ガスの黒鉛減少を実現することができるデュアルフューエル・ディーゼルエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
天然ガス（ＣＮＧ）を燃料とするエンジンを搭載した天然ガス自動車は、天然ガスを高圧燃料容器に充填し、減圧弁により低減して空気を混合した後、エンジンに供給するもので、汎用のディーゼルエンジン自動車に比べ、排気ガス中の有毒物質（黒鉛、ＮＯｘ、ＳＯｘ）が大幅に少なく、自然環境に好適であることが知られている。
【０００３】
しかし、天然ガス自動車においては、天然ガスの燃料が気体であるため、貯蔵性や運搬性に劣るとともに、長距離走行への問題も残っている。
【０００４】
また、ディーゼルエンジン自動車や天然ガス自動車の問題点を解消すべく、自動車用、コージェネレーション用等のディーゼル機関において、排気ガスの浄化、並びに各種エネルギーの有効利用を行うことができるデュアルフューエル・ディーゼル機関のＬＰガス供給方法が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００５】
上掲特許文献１記載のデュアルフューエル・ディーゼル機関のＬＰガス供給方法は、ディーゼル機関の吸気管内へＬＰガスの噴射を行うデュアルフューエル・ディーゼル機関において、ＬＰガスの燃料噴射弁を燃焼室に近接した位置に配設して、燃焼室で発生する熱によりアイシングを抑止し、且つ上記燃焼噴射弁を吸気弁の開弁に同期して開放させ、その燃料噴射弁からのＬＰガスを、上記吸気管を燃焼室に開口させるための吸気弁の弁体に向けて直接液状噴射させるものである。
【０００６】
また、ディーゼル油と天然ガスとを併用するディーゼルエンジンにおいて、排気ガスの清浄化を図り、既存仕様のディーゼルエンジン自体に改造を加えることなく、必要最小限のパーツを後付けすることで実施の容易化を図るディーゼルエンジン用圧縮天然ガス燃料供給システムも知られている（例えば特許文献２）。
【０００７】
上掲特許文献２のディーゼルエンジン用圧縮天然ガス燃料供給システムは、シリンダを含み、該シリンダに空気を供給するための空気吸入手段と、該シリンダに対しディーゼル油を供給するディーゼル油供給システム、およびシリンダから燃焼ガスを大気中へ排出させるための排気システム手段を備えたディーゼルエンジンのための、圧縮天然ガス燃料供給システムであって、
圧縮天然ガスの供給源と、空気吸入手段に含まれる空気・天然ガス燃料混合装置と、圧縮天然ガスの供給源と連通する上流端と、空気・天然ガス燃料混合装置と連通する下流端とを備えたガス燃料導入路と、ガス燃料導入路の下流端にあって、ガス燃料導入路中におけるガス圧を大気圧付近にまで下げるように働く、ガス燃料導入路途上に設けた圧力調整手段と、ディーゼル油供給システム中にあり、ディーゼル油のエンジンに対する流れを選択的に制限するために働くディーゼル油流量制御弁、および上記圧力調整手段と関連づけた上流側の圧力センサと、排気ガスを上記空気吸入手段を通じて再循環させてエンジン内で再燃焼させる排気ガス再循環装置と、排気システム手段中に備えた触媒コンバータを通じて上記燃焼ガスを排出させる手段を備えている。また、上記圧力調整手段は、上記圧縮天然ガスの供給源の圧力が或る設定レベルを下回るとガス燃料導入路を閉じ、その圧力がその設定レベルを上回るとガス燃料導入路を開くソレノイド駆動弁と、該ソレノイド駆動弁がガス燃料導入路を閉じると制限されないディーゼル油がエンジンの流れるのを可能にし、ソレノイド駆動弁が開くと可変状態で制限されたディーゼル油の流れを許すように上記ディーゼル油流量制御弁を動作させるための制御手段とを有している。
【特許文献１】特許第２６８８５７２号公報
【特許文献２】特開平８−２８４７０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上掲特許文献１のデュアルフューエル・ディーゼル機関のＬＰガス供給方法においては、ディーゼル機関への副燃料としてＬＰガス（ブタン燃料）の噴射を行うため、低公害化の達成を実現可能にするが、長時間の自動車走行においてはコスト高になるという問題があった。
【０００９】
また、特許文献２のディーゼルエンジン用圧縮天然ガス燃料供給システムは、天然ガスとディーゼル油とを任意の混合比率で燃焼させる際、天然ガスの流れの調節は、圧力センサによるソレノイド駆動弁の開閉制御のため、天然ガス供給量の流量調整を行うことはできなかった。
【００１０】
そこで本発明の目的は、上記の課題を解決するために、電気的に軽油と天然ガスの供給量を制御することで、天然ガスの供給量を任意の量に制御することができ、排気ガスの黒鉛減少を実現して低公害化を達成するとともに、低燃費での走行を可能にすることができるデュアルフューエル・ディーゼルエンジンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明のデュアルフューエル・ディーゼルエンジンは、
ディーゼルエンジンに軽油を供給する液体燃料供給ラインと、天然ガスをディーゼルエンジンに供給する天然ガス供給ラインと、からなるデュアルフューエル・ディーゼルエンジンであって、
前記デュアルフューエル・ディーゼルエンジン内に、電気的に軽油と天然ガスの供給量を制御するエンジンコントロールユニットを備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の好適実施形態として以下のものを挙げることができる。
前記エンジンコントロールユニットは、排気酸素濃度センサ、排気温度センサ、バキュームセンサ及び、運転席側のアクセルセンサ、ガス残量モニタ、切替スイッチからのデータにより、天然ガス供給ラインを制御する天然ガスコントロールユニットと、スピードセンサ、燃料センサ、回転センサ、水温センサを制御する車輌コントロールユニットとを備えるデュアルフューエル・ディーゼルエンジンである。
【００１３】
また前記天然ガス供給ラインは、ガス容器に連結された圧力計と主止弁と、該主止弁に連結された一対のレギュレータと、レギュレータから送られた天然ガスをエンジンへ供給するミキサーとで構成されるデュアルフューエル・ディーゼルエンジンである。
【００１４】
また前記ミキサーは、送られてきた天然ガスの流量により、エンジンへの供給量を調節する天然ガス供給量調整機構を具備するデュアルフューエル・ディーゼルエンジンである。
【００１５】
また前記天然ガス供給量調整機構は、ミキサー本体と、ミキサー本体に具備された、ガス流量の少ない際に稼働する第一送管と、ガス流量の多い際に稼働する第二送管とからなるデュアルフューエル・ディーゼルエンジンである。
【００１６】
また前記第一送管は、小孔が穿孔されたミキサー本体の空洞部に連結され、前記第二送管は、ミキサー本体の本管内に連結されているデュアルフューエル・ディーゼルエンジンである。
【００１７】
さらに前記デュアルフューエル・ディーゼルエンジン内に、エンジンから排気された未燃焼ガスを、再度エンジンに供給して再燃焼させる再循環バルブを備えることが望ましいデュアルフューエル・ディーゼルエンジンである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のデュアルフューエル・ディーゼルエンジンによれば、デュアルフューエル・ディーゼルエンジン内に、エンジン運転における電気的な制御を総合的に行うエンジンコントロールユニットを備えたことで、ディーゼルエンジンへ供給する天然ガスの流量を制限調整できるとともに、ディーゼルエンジンへ供給する軽油、天然ガス、軽油と天然ガスとの混合体の切り替え制御を行うことができ、万一天然ガスが終わってしまっても、軽油のみで走行することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明のデュアルフューエル・ディーゼルエンジンのブロック図、図２はミキサーの詳細を示す断面図、図３はデュアルフューエル・ディーゼルエンジンを搭載した車輌の側面図である。
【００２０】
図１に示す本発明の好適実施形態のデュアルフューエル・ディーゼルエンジン１は、ディーゼルエンジン２に軽油を供給する液体燃料供給ライン３０と、天然ガスを供給する天然ガス供給ライン１０とからなる。また、デュアルフューエル・ディーゼルエンジン１内に、電気的に軽油と天然ガスの供給量を制御するエンジンコントロールユニット４０を備えている。
【００２１】
ここで、ディーゼルエンジン２には、特別な改造を加えていない汎用のディーゼルエンジンを使用することができる。ディーゼルエンジン２は、天然ガスを吸気するインテークマニホールド３と、エンジン内のガスを排気するエキゾーストマニホールド４とを備える。また、ディーゼルエンジン２には、スピードセンサ５とおよそ７０度を境にガスの切り替えを行う水温センサ６とが設けられている。
【００２２】
インテークマニホールド３にはバキュームセンサ７（ターボ車の場合、過給圧センサ）が、またエキゾーストマニホールド４には排気酸素濃度センサ８およびマフラー９が夫々装着されている。また、マフラー９には、触媒コンバータ９ａとメインマフラー９ｂが具備されており、また触媒コンバータ９ａには、センサ異常等の異常燃焼により、排気温度が急激に上がった場合（およそ９００℃で作動）、軽油モードに切り替える排気温度センサ９ｃが装着されている。
【００２３】
液体燃料供給ライン３０は、通常のディーゼル自動車の燃料供給ラインと同一構造とすることができ、軽油を貯蔵する軽油タンク３１と、軽油タンク３１から送られる軽油をディーゼルエンジン２内に噴射させる、インジェクションポンプ３２と燃料噴射装置３３とからなる。また、インジェクションポンプ３２には回転センサ３４が、燃料噴射装置３３には燃料圧力センサ３６が、夫々具備されている。また、インジェクションポンプ３２と車輌コントロールユニット４２との間には、軽油走行時の燃料制御を行う燃料制御ライン３７が連結されている。さらに、軽油タンク３１、インジェクションポンプ３２、および燃料噴射装置３３は軽油管３５によりディーゼルエンジン２に連結されている。
【００２４】
天然ガス供給ライン１０は、充填口１１と逆止弁１２を備える天然ガス容器１３と、天然ガス管２３に装着された、例えば、常用圧力２０Ｍｐａ以下で使用する圧力計１４および主止弁１５、および主止弁１５から送られる天然ガスの流量を調整する一対のレギュレータ１６、１７と、夫々のレギュレータ１６、１７に連結された第一送管１８、第二送管１９と、第一送管１８、第二送管１９の先端に装着された、エンジンへの天然ガスの供給量を調節するミキサー２０と、ミキサー２０に管２２を介して連結されるエアクリーナ２１とからなる。また、ミキサー２０は天然ガス管２４により、インテークマニホールド３に連結されている。
【００２５】
エンジンコントロールユニット４０は、電気的に軽油と天然ガスの供給量を制御するもので、天然ガスエンジンコントロールユニット４１と車輌用エンジンコントロールユニット４２とからなる。
【００２６】
エンジンコントロールユニット４０を構成する天然ガスエンジンコントロールユニット４１は、天然ガス供給ライン１０の圧力計１４とレギュレータ１６、１７とを制御する。また、液体燃料供給ライン３０の排気酸素濃度センサ８、排気温度センサ９ｃ、バキュームセンサ７及び、運転席側Ａのアクセルセンサ４３、ガス残量モニタ４４、切替スイッチ４５をも夫々制御する。
【００２７】
車輌用エンジンコントロールユニット４２は、液体燃料供給ライン３０のディーゼルエンジン２に装着されたスピードセンサ５、水温センサ６、給油側の燃料加圧センサ３６、回転センサ３４を夫々制御する。
【００２８】
また、車輌用エンジンコントロールユニット４２は、車両の最高速度を制御することができる。現在、大型車は事故発生が多いため、速度制御装置の取付が義務になっているが、この車輌用エンジンコントロールユニット４２により、中型車、普通車においても、例えば、９０ｋｍ／ｈ以上のスピードが出ないように最高速度を制御することが可能になる。そのことにより、事故発生の減少、排気ガスの抑制、燃費向上等の効果が得られる。
【００２９】
さらに、車輌用エンジンコントロールユニット４２は、エンジンの回転数を、例えば、ディーゼル車で上限１５００ｒｐｍ〜２０００ｒｐｍまで制御することができる。特に、１５００ｒｐｍ位でシフトチェンジすることが排気ガスの抑制と燃費向上に繋がる。
【００３０】
また、天然ガスエンジンコントロールユニット４１は、天然ガスの噴射量を車輌用エンジンコントロールユニット４２側へ送り（矢印Ａ）、車輌用エンジンコントロールユニット４２は車輌情報（回転、スピード、水温、噴射量、噴射時期等）を天然ガスエンジンコントロールユニット４１へ送る（矢印Ｂ）ことができる。
【００３１】
また、本発明の他の好適例として、図２に示すように、ミキサー２０に、送られてきた天然ガスの流量により、エンジンへの供給量を調節する天然ガス供給量調整機構２５を具備することができる。この天然ガス供給量調整機構２５は、ミキサー本体２６と、ミキサー本体２６に具備された、ガス流量の少ないとき（アイドリング・低速走行時）に稼働する第一送管１８と、ガス流量の多いとき（加速時）に稼働する第二送管１９とからなる。第一送管１８は、小孔２８が穿孔されたミキサー本体２６の空洞部２７に連結され、第二送管１９は、ミキサー本体２６の本管２９内に直接連結されている。
【００３２】
天然ガス供給量調整機構２５により、アイドリング時や低速走行の際には、レギュレータ１６から送られてくる少量の天然ガスａが、第一送管１８から空洞部２７と本管２９へと送られる。また、加速時には、レギュレータ１７から送られてくる多量の天然ガスａ´が、第二送管１９から直接本管２９へと送られる。
【００３３】
また、本発明の更なる好適例として、デュアルフューエル・ディーゼルエンジン１内に、ディーゼルエンジン２から排気された未燃焼ガスを、再度ディーゼルエンジン２に供給させ再燃焼させる再循環バルブ５０を備えることができる。
【００３４】
再循環バルブ５０は、バルブ本体５１と、エキゾーストマニホールド４に連結された配管５２と、インテークマニホールド３に連結された配管５３とからなる。前記デュアルフューエル・ディーゼルエンジン１内に再循環バルブ５０を備えることで、再循環された排気ガスは、バルブ本体５１内で再燃焼され排出物質を減少させることができる。
【００３５】
次に、本発明におけるデュアルフューエル・ディーゼルエンジンの操作例の詳細を図１に基づいて説明する。
【００３６】
先ず、エンジンを始動させた後のアイドリング時、切替スイッチ４５を操作し、軽油のみでエンジンを作動させる。すると、軽油タンク３１からインジェクションポンプ３２、燃料噴射装置３３を介して、軽油がディーゼルエンジン２内に供給される。なお、この際、主止弁１５により天然ガスの供給は閉止されている。
【００３７】
次に、低速走行時においては、天然ガスエンジンコントロールユニット４１により、主止弁１５の閉止を解除し、レギュレータ１６を制御して少量の天然ガスをミキサー２０に送る。レギュレータ１６から送られてきた天然ガスを天然ガス管２３よりインテークマニホールド３からディーゼルエンジン２内へと供給する。なお、レギュレータ１６は、エンジンがかかっている限り開いた状態に保持される。
【００３８】
低速で走行した後、アクセルを踏み込み加速すると、アクセルセンサ４３からのデータを感知した天然ガスエンジンコントロールユニット４１により、レギュレータ１７を制御し、多量の天然ガスをミキサー２０に送る。レギュレータ１７から送られてきた天然ガスを天然ガス管２３よりインテークマニホールド３からディーゼルエンジン２内へ供給する。なお、レギュレータ１７は、アクセルＯＮ時に開くもので、アクセルの開度によってガス量の増減をおこなう。
【００３９】
また、高速走行中、または速度変更中において、スピードセンサ５、水温センサ６、燃料加圧センサ３６、回転センサ３４等の車輌情報（回転、スピード、水温、噴射量、噴射時期等）を車輌用エンジンコントロールユニット４２で制御し、その車輌情報を天然ガスエンジンコントロールユニット４１へ送る。
【００４０】
車輌用エンジンコントロールユニット４２から送られてきた車輌情報をもとに、天然ガスエンジンコントロールユニット４１にて、最良の燃費効率で走行できるように天然ガス供給ライン１０を制御する。
【００４１】
また、アイドリング時、低速走行時、高速走行時、加速時等において、エンジンから排気される酸素濃度、排気温度等のデータを天然ガスエンジンコントロールユニット４１にて制御し、制御したデータにより天然ガス供給ライン１０の天然ガス供給量を随時調整する。
【００４２】
また、アイドリング時、低速走行時、高速走行時、加速時等において、ディーゼルエンジン２より排出される排気ガスは、再循環バルブ５０により再燃焼され、排出物質が減少される。
【００４３】
図３は、デュアルフューエル・ディーゼルエンジン１を搭載した車輌Ｂの側面図である。車輌Ｂの荷台の下部には、軽油タンク３１と天然ガス容器１３が装着されており、軽油タンク３１からは軽油管３５が、天然ガス容器１３には天然ガス管２４が連結されている。また、軽油管３５は直接ディーゼルエンジン２に、天然ガス管２４はミキサー２０を介してディーゼルエンジン２に接続されている。
【実施例】
【００４４】
以下、本発明の実施例に基づき説明する。
本発明のデュアルフューエル・ディーゼルエンジンを搭載した車輌、および従来のディーゼル車による燃費の比較を説明する。実験には、２トンの積載物を積み込んだトラックを１８０ｋｍ走行させ、それぞれの消費燃料の比較を行った。
【００４５】
従来のディーゼル車においては、１８０ｋｍ走行させるには３０．６リットルの軽油を必要とし、軽油を１リットル１３５円とした場合、燃料コストは４１３１円であった。また、この際の軽油１リットルあたりの走行距離（燃費）は約５．８ｋｍであった。
【００４６】
一方、本発明のデュアルフューエル・ディーゼルエンジンを搭載した車輌においては、軽油と天然ガスを併用し、低速走行時、加速走行時およびアイドリング時に電気的に軽油と天然ガスの供給量を制御して走行させた。その結果、トラックを１８０ｋｍ走行させるには１３．６リットルの軽油と、１４．４７ｍ３  の天然ガスを必要とした。この際の燃料コストは軽油が１８３６円、天然ガスが８５４円（１ｍ３  ５９円で計算）で合計が２６９０円となり、金額で１４４１円のコスト削減ができた。また、それぞれの走行距離（燃費）は軽油が１３．１ｋｍ、天然ガスが１２．３ｋｍであった。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明のデュアルフューエル・ディーゼルエンジンのブロック図である。
【図２】ミキサーの詳細を示す断面図である。
【図３】デュアルフューエル・ディーゼルエンジンを搭載した車輌の側面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１  デュアルフューエル・ディーゼルエンジン
２  ディーゼルエンジン
３  インテークマニホールド
４  エキゾーストマニホールド
５  スピードセンサ
６  水温センサ
７  バキュームセンサ（ターボ車の場合、過給圧センサ）
８  排気酸素濃度センサ
９  マフラー
９ａ  触媒コンバータ
９ｂ  メインマフラー
９ｃ  排気温度センサ
１０  天然ガス供給ライン
１１  充填口
１２  逆止弁
１３  天然ガス容器
１４  圧力計
１５  主止弁
１６  レギュレータ
１７  レギュレータ
１８  第一送管
１９  第二送管
２０  ミキサー
２１  エアクリーナ
２２  管
２３  天然ガス管
２４  天然ガス管
２５  天然ガス供給量調整機構
２６  ミキサー本体
２７  空洞部
２８  小孔
２９  本管
３０  液体燃料供給ライン
３１  軽油タンク
３２  インジェクションポンプ
３３  燃料噴射装置
３４  回転センサ
３５  軽油管
３６  燃料加圧センサ
３７  燃料制御ライン
４０  エンジンコントロールユニット
４１  天然ガスエンジンコントロールユニット
４２  車輌用エンジンコントロールユニット
４３  アクセルセンサ
４４  ガス残量モニタ
４５  切替スイッチ
５０  再循環バルブ
５１  バルブ本体
５２  配管
５３  配管
Ａ  運転席側
Ｂ  車輌
ａ  天然ガス
【図１】
2010133337.tif 000003
【図２】
2010133337.tif 000004
【図３】
2010133337.tif 000005