特開 2024-154598 内燃機関用燃料及び燃料供給装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024154598

(43)【公開日】2024-10-31

(54)【発明の名称】内燃機関用燃料及び燃料供給装置

(51)【国際特許分類】

   C10L 1/02 20060101AFI20241024BHJP

   F02M 37/00 20060101ALI20241024BHJP

   F02D 19/08 20060101ALI20241024BHJP

   F02M 63/00 20060101ALI20241024BHJP

【ＦＩ】

C10L1/02

F02M37/00 341C

F02D19/08 D

F02M63/00 Q

F02M37/00 301B

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023068511

(22)【出願日】2023-04-19

(71)【出願人】

【識別番号】390033042

【氏名又は名称】ダイハツディーゼル株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】506158197

【氏名又は名称】公立大学法人 滋賀県立大学

(74)【代理人】

【識別番号】100107423

【弁理士】

【氏名又は名称】城村 邦彦

(74)【代理人】

【識別番号】100120949

【弁理士】

【氏名又は名称】熊野 剛

(74)【代理人】

【識別番号】100155457

【弁理士】

【氏名又は名称】野口 祐輔

(72)【発明者】

【氏名】小林 和之

(72)【発明者】

【氏名】礒本 新

(72)【発明者】

【氏名】河崎 澄

(72)【発明者】

【氏名】山根 浩二

【テーマコード（参考）】

3G066

3G092

4H013

【Ｆターム（参考）】

3G066AA07

3G066AA16

3G066AB02

3G066AB04

3G066AB06

3G066BA01

3G066CC66

3G092AA02

3G092AB03

3G092AB05

3G092AB12

3G092AB14

3G092AC10

3G092BB20

3G092DE14

3G092FA22

4H013BA00

4H013BA02

(57)【要約】

【課題】内燃機関に供給されるメタノール系燃料の着火性を高めると共に、燃焼状態を安定させる。
【解決手段】着火性の低いメタノールに、着火性に優れ、メタノールとの相溶性が高いバイオディーゼル燃料を混合することで、メタノールと、メタノール中に溶け込んだバイオディーゼル燃料とを含む内燃機関用燃料が得られる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

メタノールと、前記メタノール中に溶け込んだバイオディーゼル燃料とを含む内燃機関用燃料。

【請求項2】

前記バイオディーゼル燃料が、脂肪酸メチルエステルである請求項１に記載の内燃機関用燃料。

【請求項3】

請求項１に記載の内燃機関用燃料を内燃機関の燃焼室に供給する燃料供給装置であって、
メタノールを貯留するメタノール貯留部と、
バイオディーゼル燃料を貯留するバイオディーゼル燃料貯留部と、
前記メタノール貯留部から供給されたメタノールと前記バイオディーゼル燃料貯留部から供給されたバイオディーゼル燃料とを混合して前記内燃機関用燃料を生成する燃料混合部と、
前記内燃機関用燃料を前記燃焼室に供給する燃料供給部と、
を備えた燃料供給装置。

【請求項4】

請求項１に記載の内燃機関用燃料を内燃機関の燃焼室に供給する燃料供給装置であって、
前記内燃機関用燃料を貯留する燃料貯留部と、
前記燃料貯留部の前記内燃機関用燃料を前記燃焼室に供給する燃料供給部と、
を備えた燃料供給装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内燃機関用燃料及び燃料供給装置に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば舶用ディーゼルエンジンには、従来、重油等の安価な燃料が使用されてきた。しかし、近年の環境保全への要請の高まりから、重油等の化石燃料に代えて、燃焼時に硫黄酸化物（ＳＯ_Ｘ）や黒煙等を排出しないメタノールを燃料として使用することが検討されている。

【0003】

メタノールは、環境に優しいが、自己着火性が悪いため、ディーゼルエンジンの燃焼室に供給しても着火しにくい。このため、メタノールが供給された燃焼室に、自己着火性に優れた燃料油（ガソリン、軽油、重油等）を供給して火種を形成することで、メタノールの着火を促すことが行われている。

【0004】

例えば下記の特許文献１の段落０００６、０００７には、従来技術として、重油等の燃料油を噴射するための燃料噴射ポンプ及び燃料噴射弁と、二次燃料（メタノール）を噴射するための二次燃料噴射ポンプ及び二次燃料噴射弁とを備えた燃料供給装置が示されている。しかし、このように、燃料油を噴射するための燃料噴射ポンプ及び燃料噴射弁と、メタノールを噴射するための二次燃料噴射ポンプ及び二次燃料噴射弁を設けると、燃料供給装置の構造が複雑になるため、燃料供給装置を燃焼室の周辺に配置することが困難になる。

【0005】

そこで、下記の特許文献１では、重油等の燃料油とメタノール等の低着火性燃料を混合して混合燃料を生成した後、この混合燃料を燃料噴射部からシリンダ内へ噴射する燃料供給装置が提案されている。これにより、燃料油と低着火性燃料の２系統からなる複雑な構造が不要となるため、燃料噴射装置の配置が容易になる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１９－１３２２２１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上記の特許文献１の段落００３５には、「低着火性燃料のＬＰＧやメタノールは、燃料油としての重油や軽油のような重質燃料と極性が類似しており、両者はよく混合する。」と記載されている。しかし、メタノールと重油等の化石燃料とは相溶性が低いため、これらを均質に混合することは極めて困難である。そのため、メタノールと化石燃料との混合燃料は、組成（メタノールと化石燃料との比率）が場所によってバラつきやすく、このような混合燃料をエンジンの燃焼室に供給すると、燃焼状態が不安定となるおそれがある。

【0008】

本発明は、内燃機関に供給されるメタノール系燃料の着火性を高めると共に、燃焼状態を安定させることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明者らは、バイオディーゼル燃料とメタノールとの相溶性が高い点に着目し、メタノールにバイオディーゼル燃料を助燃剤として配合するという着想に至った。この知見に基づいて、本発明は、メタノールと、前記メタノール中に溶け込んだバイオディーゼル燃料とを有する内燃機関用燃料を提供する。

【0010】

上記のように、メタノールとバイオディーゼル燃料は相溶性が高いため、これらを混合すると、メタノールにバイオディーゼル燃料が溶け込む。これにより、メタノール中にバイオディーゼル燃料が均一に分散されるため、燃料の着火性が向上すると共に、内燃機関の燃焼室内での燃焼状態を安定させることができる。

【0011】

バイオディーゼル燃料としては、例えば脂肪酸メチルエステルを使用することができる。

【0012】

また、本発明は、上記の内燃機関用燃料を内燃機関の燃焼室に供給する燃料供給装置であって、メタノールを貯留するメタノール貯留部と、バイオディーゼル燃料を貯留するバイオディーゼル燃料貯留部と、前記メタノール貯留部から供給されたメタノールと前記バイオディーゼル燃料貯留部から供給されたバイオディーゼル燃料とを混合して前記内燃機関用燃料を生成する燃料混合部と、前記内燃機関用燃料を前記燃焼室に供給する燃料供給部とを備えた燃料供給装置を提供する。

【0013】

この燃料供給装置によれば、燃料混合部に供給されるメタノール及びバイオディーゼル燃料の量を調整することで、内燃機関用燃料におけるメタノールとバイオディーゼル燃料の比率を調整することができる。これにより、例えば、燃焼室における内燃機関用燃料の燃焼状態に応じてメタノールとバイオディーゼル燃料との比率を変更することで、燃焼効率を高めることが可能となる。

【0014】

また、本発明は、上記の内燃機関用燃料を内燃機関の燃焼室に供給する燃料供給装置であって、前記内燃機関用燃料を貯留する燃料貯留部と、前記燃料貯留部の前記内燃機関用燃料を前記燃焼室に供給する燃料供給部とを備えた燃料供給装置を提供する。

【0015】

このように、メタノールにバイオディーゼル燃料を溶け込ませた内燃機関用燃料を燃料貯留部に貯留しておくことにより、燃料貯留部と燃料供給部との間の流路が一本で済むと共に、燃料貯留部と燃料供給部との間にメタノールとバイオディーゼル燃料とを混合する燃料混合部を設ける必要がないため、燃料供給装置の構造がさらに簡素化される。

【発明の効果】

【0016】

以上のように、本発明の内燃機関用燃料では、自己着火性の悪いメタノール中に、自己着火性に優れたバイオディーゼル燃料が均一に溶け込んでいるため、燃料の着火性が向上すると共に、燃焼室における燃焼状態を安定させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の一実施形態に係る内燃機関用燃料（混合燃料）をエンジンの燃焼室に供給する燃料供給装置のブロック図である。

【図2】上記燃料供給装置の燃料供給部の一例を示す断面図である。

【図3】上記燃料供給装置の燃料供給部の他の例を示す断面図である。

【図4】燃料混合部の他の例を示す模式図である。

【図5】燃料混合部のさらに他の例を示す模式図である。

【図6】他の実施形態に係る燃料供給装置のブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

【0019】

図１に、本発明の一実施形態に係る内燃機関用燃料をディーゼルエンジンＥの燃焼室に供給する燃料供給装置１を示す。この燃料供給装置１は、メタノールを貯留するメタノール貯留部２と、バイオディーゼル燃料を貯留するバイオディーゼル燃料貯留部３と、メタノールとバイオディーゼル燃料を混合して内燃機関用燃料（以下、「混合燃料」と言う。）を生成する燃料混合部４と、ディーゼルエンジンの燃焼室に混合燃料を供給する燃料供給部５とを有する。

【0020】

メタノールは、メタノール貯留部２に液体の状態で貯留される。メタノールは、メタノール貯留部２と燃料混合部４との間に設けられたポンプ６により、メタノール貯留部２から燃料混合部４に液体の状態で供給される。

【0021】

バイオディーゼル燃料は、生物由来油にメタノールを反応させることで生成される。本実施形態では、バイオディーゼル燃料として、植物油をメチルエステル化することで得られる脂肪酸メチルエステル（ＦＡＭＥ：Fatty acid methyl ester）が使用される。バイオディーゼル燃料は、バイオディーゼル燃料貯留部３と燃料混合部４との間に設けられたポンプ７により、バイオディーゼル燃料貯留部３から燃料混合部４に液体の状態で供給される。尚、バイオディーゼル燃料として、脂肪酸メチルエステル以外のものを使用してもよい。

【0022】

メタノール貯留部２と燃料混合部４との間にはメタノール調整部８が設けられ、バイオディーゼル燃料貯留部３と燃料混合部４との間にはバイオディーゼル燃料調整部９が設けられる。メタノール調整部８及びバイオディーゼル燃料調整部９で、メタノール及びバイオディーゼル燃料の供給量を制御することで、燃料混合部４にメタノールとバイオディーゼル燃料とが所望の比率で供給される。このとき、メタノール調整部８及びバイオディーゼル燃料調整部９が、ディーゼルエンジンＥの運転状態や、燃焼室における混合燃料の燃焼状態に応じて、メタノール及びバイオディーゼル燃料の供給量を調整してもよい。尚、図示例では、ポンプ６、７が、それぞれメタノール調整部８及びバイオディーゼル燃料調整部９の上流側に設けられているが、これらをメタノール調整部８及びバイオディーゼル燃料調整部９の下流側に配してもよい。

【0023】

燃料混合部４では、メタノール貯留部２から供給されたメタノールと、バイオディーゼル燃料貯留部３から供給されたバイオディーゼル燃料とが混合される。バイオディーゼル燃料はメタノールとの相溶性が高いため、これらを混合することで、メタノールを主成分とし、これにバイオディーゼル燃料が溶け込んだ混合燃料（内燃機関用燃料）が生成される。本実施形態の燃料混合部４は、混合容器４ａと、混合容器４ａの内部に設けられた撹拌機４ｂとを有する。メタノール及びバイオディーゼル燃料が混合容器４ａの内部に供給され、これらが撹拌機４ｂで攪拌されることで、混合燃料が生成される。尚、特に不要であれば撹拌機４ｂを省略し、混合容器４ａ内にメタノール及びバイオディーゼル燃料を供給するだけでこれらを混合してもよい。

【0024】

燃料混合部４で生成された混合燃料は、ポンプ１０により液体の状態で燃料供給部５に供給され、燃料供給部５からシリンダ内の燃焼室に供給される。燃料供給部５は、混合燃料を噴射する噴射口５ａを有する。本実施形態の燃料供給部５の噴射口５ａは、図２に示すように、シリンダ２０内の燃焼室２１に開口し、この噴射口５ａから混合燃料を燃焼室２１に直接噴射する。この他、図３に示すように、燃料供給部５の噴射口５ａを吸気ポート２２に開口させ、この噴射口５ａから混合燃料を吸気ポート２２内に噴射してもよい。この場合、吸気時に吸気バルブ２３が開くことにより、吸気ポート２２に噴射された混合燃料が燃焼室２１に供給される。

【0025】

その後、ピストン２４が上昇して燃焼室２１内の混合燃料が圧縮されることにより、混合燃料が自己着火する。このとき、着火性の低いメタノールに、助燃剤としてバイオディーゼル燃料が混合されていることで、混合燃料の着火性が高められる。また、メタノールと混合する助燃剤として、メタノールと相溶性の高いバイオディーゼル燃料を選定したことで、メタノール中にバイオディーゼル燃料が均一に溶け込んでいる。このため、燃焼室２１に供給される混合燃料が均質であり、すなわち、燃焼室２１に供給される混合燃料中のバイオディーゼル燃料の比率が一定であるため、燃焼室２１内における混合燃料の燃焼状態が安定する。

【0026】

混合燃料中におけるバイオディーゼル燃料の割合が少なすぎると、燃焼室内に供給された混合燃料が自己着火しにくくなる。従って、混合燃料中におけるバイオディーゼル燃料の配合比は、例えば２０ｗｔ％以上、好ましくは３０ｗｔ％以上とされる。一方、混合燃料中におけるバイオディーゼル燃料の割合が多すぎると、メタノールの割合が少なくなるため、燃焼時に硫黄酸化物（ＳＯ_Ｘ）や黒煙等を排出しないというメタノールの利点を十分に享受することができなくなる。従って、混合燃料中におけるバイオディーゼル燃料の配合比は、混合燃料が自己着火する範囲でなるべく小さいことが好ましく、例えば５０ｗｔ％以下、好ましくは４０ｗｔ％以下とされる。ただし、バイオディーゼルは燃料分子中に酸素原子を約１０ｗｔ％含むため、化石燃料に比べて燃焼時に黒煙を排出しにくい。そのため、黒煙による配合割合の制限は緩く、上記のように比較的多く配合することが許容される。

【0027】

本発明は上記の実施形態に限られない。以下、本発明の他の実施形態を説明するが、上記の実施形態と同様の点については重複説明を省略する。

【0028】

図４に示す実施形態では、メタノールが流通する流路１１ａとバイオディーゼル燃料が流通する流路１１ｂとの合流部１１ｃが、燃料混合部４として機能する。すなわち、流路１１ａを流通するメタノールと流路１１ｂを流通するバイオディーゼル燃料が、合流部１１ｃ（燃料混合部４）で混合されることにより、メタノールにバイオディーゼル燃料が溶け込んで混合燃料が生成される。その後、合流後の流路１１ｄを下流側に搬送される際や、ポンプ１０で圧送される際に、混合燃料が攪拌されてさらに均質化される。

【0029】

図５に示す実施形態では、燃料混合部４が、メタノールが流通する流路１１ａとバイオディーゼル燃料が流通する流路１１ｂとの合流部１１ｃと、合流部１１ｃの下流側に設けられた屈曲流路１１ｅとを有する。屈曲流路１１ｅは複数の屈曲部を有する。合流部１１ｃで生成された混合燃料が、屈曲流路１１ｅを流通することにより均質化される。

【0030】

図６に示す燃料供給装置１は、メタノールにバイオディーゼル燃料を溶け込ませた混合燃料を貯留する混合燃料貯留部３０を有する。混合燃料貯留部３０には、内部に貯留された混合燃料を攪拌する撹拌機３１が設けられる。混合燃料貯留部３０内に、メタノール及びバイオディーゼル燃料を供給し、撹拌機３１で攪拌することで、混合燃料が生成される。尚、特に必要がなければ撹拌機３１を省略してもよい。混合燃料貯留部３０に貯留された混合燃料は、ポンプ１２及びポンプ１０を介して燃料供給部５に供給され、燃料供給部５からエンジンＥの燃焼室に噴射される。尚、混合燃料貯留部３０と燃料供給部５との間に設けられたポンプ１０、１２の何れかを省略したり、あるいはポンプをさらに追加したりしてもよい。

【0031】

このように、メタノールとバイオディーゼル燃料とを予め混合し、これらが溶け合った混合燃料を混合燃料貯留部３０に貯留することで、メタノールを単独で貯留するメタノール貯留部２（図１参照）や、バイオディーゼル燃料を単独で貯留するバイオディーゼル燃料貯留部３（図１参照）が不要となる。これにより、メタノールとバイオディーゼル燃料を別個に供給するための２系統の流路（図１参照）や、メタノールとバイオディーゼル燃料を混合する燃料混合部が不要となるため、燃料供給装置１の構造がさらに簡素化される。

【0032】

上記の混合燃料及び燃料供給装置は、ディーゼルエンジン、特に舶用ディーゼルエンジンに好適に適用することができる。また、本発明の混合燃料及び燃料供給装置は、ディーゼルエンジンに限らず、他の内燃機関、例えば燃料室に供給した混合燃料に点火プラグで着火するエンジンに適用することも可能である。

【符号の説明】

【0033】

１ 燃料供給装置
２ メタノール貯留部
３ バイオディーゼル燃料貯留部
４ 燃料混合部
５ 燃料供給部
６、７、１０ ポンプ
８ メタノール調整部
９ バイオディーゼル燃料調整部
Ｅ エンジン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】