(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルエンジンのシリンダヘッドに、軽油等の液体化石燃料を霧化してシリンダ内に噴射する液体化石燃料用噴射ノズルと、界面活性剤と液体化石燃料と水とを主成分とするエマルジョン燃料を霧化して上記シリンダ内に噴射するエマルジョン燃料噴射ノズルを設け、ピストンが圧縮上死点に達したときに上記液体化石燃料用噴射ノズルから液体化石燃料を噴射して燃焼させ、その燃焼熱によって上記シリンダ内の温度がエマルジョン燃料の着火温度以上に上昇し且つ上記ピストンが降下し始めたときに上記エマルジョン燃料用噴射ノズルからエマルジョン燃料を噴射してこれを燃焼させるようにしたことを特徴とするディーゼルエンジンの燃料供給方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、船舶やトラックなどの原動機として用いられるディーゼルエンジンの燃料供給方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、本発明者らは、従来の石油系液体化石燃料等に代わる新しい燃料として、クリーンで熱効率に優れたエマルジョン燃料を開発し、多くの分野で注目を浴びている（特願平７−２７３１１０号等）。
【０００３】
このエマルジョン燃料は、合成アニオン系界面活性剤と蒸留水のムース状乳化剤と、灯油、軽油等の石油系液体燃料材とからなる濃縮エマルジョン燃料材に、容量比で１〜２倍程度の水を混合攪拌してなるものであり、単独燃焼で高い燃焼熱を発生することができると共に、燃焼時における排ガス中の煤塵や窒素酸化物が極めて少なく、長期間の保存でも安定で、かつ熱効率に優れている等といった特長を有している。
【０００４】
そして、現在、本発明者らはこのような優れたエマルジョン燃料を、例えば、火力発電所のボイラーや、ガスタービン、ディーゼルエンジン等の燃料として利用すべく効果的に燃焼させる方法を鋭意研究開発している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このエマルジョン燃料をディーゼルエンジンの燃料として従来の灯油などの石油系液体化石燃料に代えて使用できれば、クリーンな排ガスが得られると同時に、エンジンの出力も簡単に上昇することができる。
【０００６】
しかしながら、このエマルジョン燃料は多くの水分を含有していることから、軽油などの液体化石燃料よりも高い着火温度（４００℃以上）を要するため、そのまま単独でディーゼルエンジンの燃料として用いると、シリンダ内の温度が低下した状態では着火爆発が行われず、エンジンを安定して運転することができないといった問題がある。
【０００７】
そこで、本発明はこのような課題を有効に解決するために案出されたものであり、その目的は、本発明者らが開発した優れた特長を有するエマルジョン燃料をディーゼルエンジンへの燃料として効果的に利用することができる新規なディーゼルエンジンの燃料供給方法を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、ディーゼルエンジンのシリンダヘッドに、軽油等の液体化石燃料を霧化してシリンダ内に噴射する液体化石燃料用噴射ノズルと、界面活性剤と液体化石燃料と水とを主成分とするエマルジョン燃料を霧化して上記シリンダ内に噴射するエマルジョン燃料噴射ノズルを設け、ピストンが圧縮上死点に達したときに上記液体化石燃料用噴射ノズルから液体化石燃料を噴射して燃焼させ、その燃焼熱によって上記シリンダ内の温度がエマルジョン燃料の着火温度以上に上昇し且つ上記ピストンが降下し始めたときに上記エマルジョン燃料用噴射ノズルからエマルジョン燃料を噴射してこれを燃焼させるようにしたものである。
【０００９】
これによって、本発明者らが開発したエマルジョン燃料をディーゼルエンジンの燃料として、使用することが可能となり、排気ガスの清浄化及びエンジン出力のアップ等が達成できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を実施する好適一形態を添付図面を参照しながら説明する。
【００１１】
図１は本発明方法に係るディーゼルエンジンの実施の一形態を示すものであり、図中１はシリンダ２を形成するシリンダブロック、３はこのシリンダ２内を上下動するピストン、４はこのピストン３の動きを図示しないクランクシャフトに伝えるピストンロッド、５はこのシリンダ２の上部に設けられるシリンダヘッドである。
【００１２】
このシリンダヘッド５にはシリンダ２内に連通する吸気ポート６と排気ポート７が形成されており、さらに、この吸気ポート６と排気ポート７には、図示しないカムによって連動するバルブ８，９がそれぞれ設けられている。
【００１３】
また、このシリンダヘッド５の中央部には、液体化石燃料（軽油，重油等）Ｋを霧化してシリンダ２内に噴射する液体化石燃料用噴射ノズル１０と、本発明者らが開発した新規なエマルジョン燃料Ｅを霧化してシリンダ２内に噴射するエマルジョン燃料用噴射ノズル１１が設けられており、さらに、これら液体化石燃料用噴射ノズル１０及びエマルジョン燃料噴射ノズル１１には、液体化石燃料Ｋを供給する液体化石燃料供給手段１２と、エマルジョン燃料Ｅを供給するエマルジョン燃料供給手段１３がそれぞれ接続されている。
【００１４】
この液体化石燃料供給手段１２は、液体化石燃料用噴射ノズル１０に液体化石燃料Ｋを圧送する噴射ポンプ２０と、液体化石燃料Ｋを溜める燃料タンク１５と、燃料タンク１５内の液体化石燃料Ｋを噴射ポンプ２０に供給するフィーダポンプ１６と、液体化石燃料Ｋを濾過するフュエルフィルター１７とを燃料供給ライン１８及びオーバーフローライン１９で接続したものであり、アクセル開度に応じた適量の液体化石燃料Ｋを液体化石燃料用噴射ノズル１０側に供給できるようになっている。
【００１５】
一方、エマルジョン燃料供給手段１３も同様に、エマルジョン燃料用噴射ノズル１１にエマルジョン燃料Ｅを圧送する噴射ポンプ２４と、エマルジョン燃料Ｅを溜める燃料タンク２１と、燃料タンク２１内のエマルジョン燃料Ｅを噴射ポンプ２４に供給するフィーダポンプ２２と、エマルジョン燃料Ｅを濾過するフュエルフィルター２３とを燃料供給ライン２２及びオーバーフローライン２３で接続したものであり、アクセル開度に応じた適量の軽油Ｅをエマルジョン燃料噴射ノズル１１側に供給できるようになっている。尚、これらフィーダポンプ１６，２２、噴射ポンプ２０，２４は、従来と同様、図示しないクランクシャフトに連動する燃料噴射用カムによって駆動されるようになっている。また、噴射ポンプ２０には複数の燃料供給ラインが接続されており、一つの噴射ポンプによって燃料タンク内の燃料を各シリンダへ分配して供給できるようになっている。
【００１６】
また、燃料タンク２１内に貯溜されているエマルジョン燃料Ｅは、上述したように本発明者らが新規に開発したものであり、アニオン系界面活性剤からなる乳化剤と、灯油や軽油などの石油系の液体化石燃料と、水を主成分とするものである（特願平７−２７３１１０号）。
【００１７】
具体的には、アニオン系界面活性剤のアルキルエーテル硫酸エステルナトリウムとアルキルベンゼン酸ナトリウムとの混合液である合成アニオン系界面活性剤溶液、又は同じくアニオン系界面活性剤のポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸ナトリウム塩とアルファオレフィンスルホン酸ナトリウム塩との混合液である合成アニオン系界面活性剤溶液に、蒸留水を投入攪拌して気泡性を均一に含有するムース状乳化剤を形成すると共に、このムース状乳化剤に、灯油や軽油等の石油系液体燃料を混入攪拌してゲル状の濃縮エマルジョン燃料原液を製造した後、この濃縮エマルジョン燃料原液に、容量比で１．０〜２．０倍の水を混入攪拌してなるものである。そして、このようにして得られたエマルジョン燃料Ｅは、長期の保存でも分離することなく、化学的安定性に優れ、かつ燃焼後は他の加熱手段や燃料を用いることなく、従来の石油系液体燃料と同様に、単独燃焼で最高約１０００℃以上の高い燃焼熱を発生すると共に、クリーンな燃焼排ガスを排出できる等といった優れた点が既に本発明者らの行った実験の結果、明らかとなっている。
【００１８】
次に、このような構成をしたディーゼルエンジンを用いて本発明の燃料供給方法を説明する。
【００１９】
先ず、図２（Ａ）に示すように、ピストン３がシリンダ２内を降下すると、これに連動してカム８が降下して吸気ポート６が開き、空気がその負圧によって吸気ポート６からシリンダ２内に流入する。次に、ピストン３が下死点から上昇に転じると、吸気ポート６が閉じてシリンダ３内の空気が圧縮され、図２（Ｂ）に示すように、ピストン３が上死点に達し、圧縮が最大になったときに液体化石燃料用噴射ノズル１０から液体化石燃料（軽油）Ｋを霧化してシリンダ３内に噴き出すと、その圧縮によって高温になった空気によって気化した液体化石燃料Ｋが着火爆発し、その燃焼熱によってシリンダ３内の温度が１５００℃以上に上昇すると同時に発生する燃焼ガスの膨張圧によってピストン３が降下し始める。次に、図２（Ｃ）に示すように、この降下が始まった直後（上死点から５〜７ｍｍ）にエマルジョン燃料用噴射ノズル１１からエマルジョン燃料Ｅを最高温度になった中心点に噴き出すと、シリンダ２内の高熱によって気化したエマルジョン燃料Ｅが着火し爆発燃焼し、その際発生する高い温度の燃焼ガスがシリンダ２内で膨張し、ピストン３をさらに強く降下させることになる。
【００２０】
すなわち、本発明は、ピストン３が上死点に達した際（圧縮終了直後）に、先ず、従来と同様に液体化石燃料Ｋをシリンダ２内に噴き出してこれを燃焼爆発させてシリンダ２内の温度を約１５００℃以上、すなわち、エマルジョン燃料Ｅの着火温度以上に上昇させ、その爆発によってピストン３が降下し始めた直後に、高温となったシリンダ２内にエマルジョン燃料Ｅを噴射してこれを高温ガス化燃焼爆発させ、高い燃焼熱によって大きな膨張エネルギを発生させるようにしたものである。そして、爆発の瞬間、その中心部（核）は超真空状態にあるので、その中心部にエマルジョン燃料を噴射すると、炭素、水素、酸素の原子の引張り、反発エネルギーで強大なエネルギーを発生し、出力が向上することになる。また、この作用により、ターボチャージャー等の過給器を利用した場合に比べ、大きな出力が得られると共に、排ガス中のＮＯｘ、煤塵が著しく減少する。また、水分を多く含んだエマルジョン燃料は従来の液体化石燃料の爆発燃焼により、シリンダー内の温度が高温（１５００℃以上）になった直後にその中心部に噴射するのでエマルジョン燃料中の水分が瞬時にガス化膨張燃焼するので、エンジン内部に水分が残留せず、エンジン腐食などの悪影響はない。従って、従来の初期爆発燃焼用の液体化石燃料の供給量を減少（１／３）しても連続運転が可能であり、かつ出力も向上する。
【００２１】
その後、このエマルジョン燃料Ｅの燃焼は、ピストン３が下死点に達した時に終了し、シリンダ２内がこの燃焼によって図２（Ｄ）に示すように燃焼排ガスＧで満たされた状態となった後、この燃焼排ガスＧが図２（Ｅ）に示すようにピストン３の上昇に伴って排気ポート７から排気されることになる（図２（Ｆ））。
【００２２】
そして、図２（Ｆ）に示す状態を経て図２（Ａ）に示すような状態に戻ることで、ピストン３の往復動作が繰り返されることになる。尚、このピストン３の往復動はピストンロッド４を介して図示しないクランクシャフトに伝えられ、ここで回転運動に転換された後、バルブ８，９や燃料噴射ポンプ２０，２４等のカムシャフトやカム等を駆動する動力源、及び車体や船体等を動かすための動力源として利用されることはいうまでもない。
【００２３】
このように本発明は、液体化石燃料Ｋと共にエマルジョン燃料Ｅを効果的に燃焼爆発ことが可能となることから、熱効率に優れると共に、クリーンな排ガスを発生するエマルジョン燃料をディーゼルエンジンの燃料として有効に用いることができる。また、本発明方法における液体化石燃料Ｋの燃焼爆発は、シリンダ２内の温度をエマルジョン燃料Ｅの着火温度以上に上昇させるのがその主目的であることから、その供給量は従来よりも大幅に少なくすることができるため、発生する排ガス中の汚染物質の含有率を極めて低くすることができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、本発明者らが開発したクリーンで安価なエマルジョン燃料をディーゼルエンジンの燃料として用いることができるため、環境保護に寄与できると共に経済性が向上し、かつエンジン出力のアップが図れる等といった優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法を実施するディーゼルエンジンの実施の一形態を示す構成図である。
【図２】本発明方法の実施の一形態を示す４サイクル工程図である。
【符号の説明】
１  シリンダブロック
２  シリンダ
３  ピストン
５  シリンダヘッド
10  液体化石燃料用噴射ノズル
11  エマルジョン燃料用噴射ノズル
12  液体化石燃料供給手段
13  エマルジョン燃料供給手段
Ｋ  液体化石燃料（軽油、重油等）
Ｅ  エマルジョン燃料
【図１】
0003916711.tif 000002
【図２】
0003916711.tif 000003