(57)【要約】【課題】ジメチルエーテルを、低圧縮比で確実に点火して、排ガス中のＮＯｘ濃度の低減を図ったジメチルエーテル火花点火機関を提供する。【解決手段】ジメチルエーテル火花点火機関１０は、圧縮・液化されたジメチルエーテル（ＤＭＥ）を収容するカートリッジ２０を含む燃料供給源１２から、ガス化したＤＭＥを供給し、このガス化ＤＭＥと空気とを混合量制御装置１４において混合してから、エンジン本体１８に吸入し、ここで点火プラグ１６によって所定の点火タイミングで点火する。エンジン本体１８における圧縮比は１０以下、好ましくは７以下とされている。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加圧・液化されたジメチルエーテルを収容する燃料供給源と、前記液化ジメチルエーテルから気化されたガス状ジメチルエーテルを空気と混合して混合気を形成すると共に、その混合比を調整する混合量制御装置と、この混合量制御装置からの混合気を吸入すると共に、吸入した混合気を圧縮し、且つ、点火プラグにより点火するエンジン本体と、を有してなり、このエンジン本体は、圧縮比が１０以下、好ましくは７以下とされたことを特徴とするジメチルエーテル火花点火機関。
【請求項２】
請求項１において、前記燃料供給源は前記加圧・液化されたジメチルエーテルを収容するカートリッジを含んで構成され、このカートリッジは、前記混合量制御装置に至る燃料供給系に対して着脱自在とされたことを特徴とするジメチルエーテル火花点火機関。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記燃料供給源は、その内部において、液化ジメチルエーテルが気化され、且つ、この気化ジメチルエーテルが前記燃料供給系に供給される構成であることを特徴とするジメチルエーテル火花点火機関。
【請求項４】
請求項１又は２において、前記燃料供給源は、その容器内でジメチルエーテルの蒸気圧により液状のジメチルエーテルを加圧して、外部に供給するようにされたことを特徴とするジメチルエーテル火花点火機関。
【請求項５】
請求項３又は４において、前記燃料供給系には、ジメチルエーテルを気化するための気化装置が設けられ、この気化装置は、前記エンジン本体の排熱及び排気熱の少なくとも一方とジメチルエーテルとが熱交換する熱交換器を備えたことを特徴とするジメチルエーテル火花点火機関。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかにおいて、前記混合量制御装置の上流側に、前記エンジン本体に設けられたスロットルバルブと連動して供給燃料量を調整する圧力調整装置を設けたことを特徴とするジメチルエーテル火花点火機関。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかにおいて、前記エンジン本体は２サイクルエンジンとされたことを特徴とするジメチルエーテル火花点火機関。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれかにおいて、前記エンジン本体は４サイクルエンジンとされ、且つ、４サイクルエンジンの燃焼室から排出される排ガスの一部又は全部を、前記燃焼室への混合気吸入系に循環させる排気ガス再循環装置を設けたことを特徴とするジメチルエーテル火花点火機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ジメチルエーテル（以下ＤＭＥ）を燃料としたジメチルエーテル火花点火機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＤＭＥを軽油の代わりに用いたディーゼル機関が提案されている。
【０００３】
これは、ＤＭＥのセタン価が高いこと、燃焼時に煤の排出がほとんど無いこと、ＤＭＥが石炭、天然ガス、バイオマス、廃棄プラスチック等から安価に製造できる可能性があり、石油代替燃料としてばかりでなく、再生可能な燃料として期待できるためである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような、ＤＭＥを燃料としたディーゼルエンジンは、軽油を燃料とした場合と比較してほぼ同等の出力を得ることができるが、軽油と異なり、ＤＭＥは潤滑性がないために、燃料噴射弁の角部等が摩耗してしまうという問題点がある。
【０００５】
又、前述のように、ＤＭＥはセタン価が高いため、燃料供給系を除く機関の大幅な改造をすることなく、従来のディーゼルエンジンに適用可能であり、又Ｃ−Ｃ結合を有しないことから、無煙燃焼、即ち吐煙、粒状物質排出の大幅削減が可能であるが、ＮＯｘの低減ができないという問題点がある。
【０００６】
この発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、ＮＯｘが大幅に低減されるジメチルエーテル火花点火機関を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、鋭意研究の結果、圧縮比を低くして火花点火することによって、燃焼温度を低くし、ＮＯｘの排出量を低減できることを見出した。
【０００８】
この発明は、請求項１のように、加圧・液化されたジメチルエーテルを収容する燃料供給源と、前記液化ジメチルエーテルから気化されたガス状ジメチルエーテルを空気と混合して混合気を形成すると共に、その混合比を調整する混合量制御装置と、この混合量制御装置からの混合気を吸入すると共に、吸入した混合気を圧縮し、且つ、点火プラグにより点火するエンジン本体と、を有してなり、このエンジン本体は、圧縮比が１０以下、好ましくは７以下とされたことを特徴とするジメチルエーテル火花点火機関により、上記目的を達成するものである。
【０００９】
前記ジメチルエーテル火花点火機関において、前記燃料供給源は前記加圧・液化されたジメチルエーテルを収容するカートリッジを含んで構成され、このカートリッジは、前記混合量制御装置に至る燃料供給系に対して着脱自在としてもよい。
【００１０】
更に、前記ジメチルエーテル火花点火機関において、前記燃料供給源は、その内部において、液化ジメチルエーテルが気化され、且つ、この気化ジメチルエーテルが前記燃料供給系に供給される構成でしてもよい。
【００１１】
更に又、前記ジメチルエーテル火花点火機関において、前記燃料供給源は、その容器内でジメチルエーテルの蒸気圧により液状のジメチルエーテルを加圧して、外部に供給するようにしてもよい。
【００１２】
又、前記ジメチルエーテル火花点火機関において、前記燃料供給系には、ジメチルエーテルを気化するための気化装置が設けられ、この気化装置は、前記エンジン本体の排熱及び排気熱の少なくとも一方とジメチルエーテルとが熱交換する熱交換器を備えるようにしてもよい。
【００１３】
更に、前記ジメチルエーテル火花点火機関において、前記混合量制御装置の上流側に、前記エンジン本体に設けられたスロットルバルブと連動して供給燃料量を調整する圧力調整装置を設けるようにしてもよい。
【００１４】
更に又、前記ジメチルエーテル火花点火機関において、前記エンジン本体は２サイクルエンジンとしてもよい。
【００１５】
又、前記ジメチルエーテル火花点火機関において、前記エンジン本体は４サイクルエンジンとされ、且つ、４サイクルエンジンの燃焼室から排出される排ガスの一部又は全部を、前記燃焼室への混合気吸入系に循環させる排気ガス再循環装置を設けるようにしてもよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下本発明に係るジメチルエーテル火花点火機関の実施の形態の例を図面を参照して説明する。
【００１７】
図１に示されるように、本発明の実施の形態の第１例としてのジメチルエーテル火花点火機関１０は、２サイクルエンジンであり、加圧・液化されたジメチルエーテルを収容する燃料供給源１２と、前記ジメチルエーテルから気化されたガス状ジメチルエーテルを空気と混合して混合気を形成すると共に、その混合比を調整する混合量制御装置１４と、この混合量制御装置１４からの混合気を吸入すると共に、吸入した混合気を圧縮し、且つ、点火プラグ１６によって点火するエンジン本体１８と、を有してなり、このエンジン本体１８は、圧縮比が１０以下、好ましくは７以下とされている。
【００１８】
前記燃料供給源１２は、加圧・液化されたジメチルエーテルを収容するカートリッジ２０とされ、このカートリッジ２０は、前記混合量制御装置１４に至る燃料供給系２２に設けられたカートリッジ装着部２３に対して着脱自在とされている。符号２１は停止弁を示す。
【００１９】
前記カートリッジ２０は、吐出口（ノズル）２０Ａが上向きに配置され、これによってカートリッジ２０内部において液化ジメチルエーテルが気化され、且つこの気化ジメチルエーテルが吐出口２０Ａから吐出されるようになっている。
【００２０】
前記燃料供給系２２は、前記エンジン本体１８のエンジンブロックに接触して設けられた熱交換器２４を通って配置され、エンジン本体１８でのシリンダブロックから伝達する排熱と、気化ジメチルエーテルが熱交換して、該気化ジメチルエーテルが加熱されるようになっている。
【００２１】
又、前記燃料供給系２２には、前記熱交換器２４と前記混合量制御装置１４との間に圧力調整装置２６が設けられている。
【００２２】
この圧力調整装置２６は、エンジン本体１８の吸気管２８に設けられたスロットルバルブ２８Ａと連動して、そのスロットル開度に応じた燃料供給量となるように燃料供給系２２を通る供給燃料量を調整できるようにされている。図１の符号２９は排気管を示す。
【００２３】
なお、ＤＭＥ予混合供給内燃焼機関における圧縮比と燃焼室内温度及び圧縮点火時期との関係は、図２に示されるようになっていて、圧縮比１０ではピストンの上死点で自発火し、圧縮比７では上死点から２０ｍｓの遅れで自発火している。このため実際の運転時には、火花点火なしでは圧縮比１０程度では始動に６０秒の時間がかかり、圧縮比７以下であれば始動できない。図２の場合、ＤＭＥの当量比は０．２である。
【００２４】
なお、図３はＤＭＥの圧縮点火の場合の燃焼室内温度と着火遅れとの関係をＤＭＥの当量比毎に示しているが、この図３からは、着火遅れは、当量比とは無関係に温度との関係により決定されることが分る。図３において、Ａは状態方程式から導かれ、Ｂは実測値を、Ｃは計算結果をそれぞれ示す。
【００２５】
従って、ジメチルエーテルを燃料とする内燃機関では、圧縮比を低くすれば、火花点火が可能であることが分る。
【００２６】
この実施の形態の第１例に係るジメチルエーテル火花点火機関１０においては、エンジン本体１８における圧縮比が１０以下、好ましくは７以下であるので、ＤＭＥのセタン価が高くても、圧縮点火される前に、点火プラグ１６による火花点火によって、吸入圧縮された燃料の点火タイミングを確実に制御することができる。
【００２７】
又、圧縮比が低いので、燃焼温度が低く、燃焼ガス中のＮＯｘ濃度の低減を図ることができる。
【００２８】
更に又、この実施の形態の第１例に係るジメチルエーテル火花点火機関１０は２サイクルエンジンであるので、エンジン本体１８内で吸入された混合気によって既燃ガスが掃気される際に、既燃ガスと新気との混合がなされ、内部ＥＧＲ（排気ガス再循環）となり、燃焼温度の低減による更なるＮＯｘ濃度の低減を図ることができる。この場合、燃焼速度は、ＤＭＥの特質から、内部ＥＧＲ無しの場合と同等である。
【００２９】
又、このジメチルエーテル火花点火機関１０においては、燃料供給源１２は液状のジメチルエーテルを収納するカートリッジ２０を含んで構成されているので、燃料の補給が容易であり、ＤＭＥスタンド等のインフラストラクチャの整備が不要となる。
【００３０】
次に、図４に示される本発明の実施の形態の第２例に係るジメチルエーテル火花点火機関３０について説明する。
【００３１】
このジメチルエーテル火花点火機関３０は、４サイクルエンジンであるエンジン本体３８を備えたものであり、他の構成は、前記実施の形態の第１例に係るジメチルエーテル火花点火機関１０と同様であるので、同一又は同様部分に、図１におけると同一の符号を付することにより説明を省略するものとする。
【００３２】
このジメチルエーテル火花点火機関３０においては、燃料供給源３２はカートリッジ３４を含んで構成されている。又、このカートリッジ３４は、図３に示されるように、その吐出口３４Ａが下向きとされ、カートリッジ３４内で発生したＤＭＥの蒸気圧によって液状のＤＭＥが吐出口３４Ａから吐出されるようになっている。
【００３３】
又、このジメチルエーテル火花点火機関３０においては、排気管３８Ｂから、排気ガスの一部又は全部を吸気管３８Ａに再循環する排気ガス再循環（ＥＧＲ）装置３６が設けられている。
【００３４】
又、熱交換器４０は、排気管３８Ｂにおける排気余熱を利用するものであってもよい。この場合、エンジンブロックよりも温度上昇が早いのでコールドスタート時に有利である。
【００３５】
この実施の形態の第２例に係るジメチルエーテル火花点火機関３０においても、前記２サイクルエンジンであるジメチルエーテル火花点火機関１０におけると同様に、圧縮比が１０以下、好ましくは７以下とされている。
【００３６】
従って、圧縮点火が生じることがなく、燃焼温度が低いことにより、ＮＯｘ発生を抑制することができる。更に、ＥＧＲ装置３６を設けることによって、ＮＯｘ排出を更に抑制することができ、この場合の燃焼速度が、ＤＭＥの特質からガソリンエンジンにおけるような燃焼速度の低下がない。
【００３７】
なお、上記実施の形態の第１例におけるジメチルエーテル火花点火機関１０において、カートリッジ２０は上向きにされて、ＤＭＥ蒸気としてのガス状ＤＭＥが供給されるようになっているが、本発明はこれに限定されるものでなく、２サイクルエンジンの場合でも、図４に示される４サイクルエンジンの場合と同様に、カートリッジを下向きとして、ＤＭＥ蒸気圧によって液状のＤＭＥが供給されるようにしてもよい。
【００３８】
又、上記とは逆に、４サイクルエンジンであるジメチルエーテル火花点火機関３０においても、図１に示されると同様に、カートリッジ３４を上向きとして、ＤＭＥ蒸気であるガス化したＤＭＥを供給するようにしてもよい。
【００３９】
【発明の効果】
本発明は上記のように構成したので、圧縮点火が生じることなく、低い圧縮比でジメチルエーテルの混合気を確実に且つ正確なタイミングで点火することができ、出力が低下したりすることなく、排ガス中のＮＯｘ濃度の低減を図ることができるという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の第１例に係るジメチルエーテル火花点火機関を示す一部管路図を含むブロック図
【図２】ＤＭＥ予混合供給内燃機関における燃焼室内温度、圧縮点火時期の関係を示す線図
【図３】同ＤＭＥ予混合供給内燃機関における燃焼室内温度と着火遅れとの関係をＤＭＥの当量比毎に示す線図
【図４】本発明の実施の形態の第２例に係るジメチルエーテル火花点火機関を示す図１と同様のブロック図
【符号の説明】
１０、３０…ジメチルエーテル火花点火機関
１２、３２…燃料供給源
１４…混合量制御装置
１６…点火プラグ
１８、３８…エンジン本体
２０、３４…カートリッジ
２０Ａ、３４Ａ…吐出口
２２…燃料供給系
２４、４０…熱交換器
２６…圧力調整装置
２８…吸気管
２８Ａ…スロットルバルブ
３８Ａ…吸気管
３８Ｂ…排気管
３６…排気ガス再循環装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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