(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼル機関の燃焼室にエマルジョン燃料を噴射する噴射弁と、
ディーゼル機関のクランク軸に連動してカム駆動され、噴射弁にエマルジョン燃料を供給する燃料ポンプと、
ミキサと、
ミキサからのエマルジョン燃料を圧送する循環ポンプと、
燃料ポンプとミキサと循環ポンプとをこの順序で接続して閉ループを形成する循環通路と、
燃料を、ミキサの入口に供給する燃料供給源と、
燃料供給源からの燃料よりもセタン価が低い液体を、ミキサの入口に供給する液体供給源と、
ディーゼル機関の燃焼室に臨んで設けられるパイロット噴射弁と、
前記燃料供給源からの燃料よりもセタン価が高い補助燃料を供給する補助燃料供給源と、
ディーゼル機関のクランク軸に連動してカム駆動され、補助燃料供給源からの補助燃料をパイロット噴射弁に供給する補助燃料ポンプとを含み、
補助燃料ポンプは、前記燃料ポンプからのエマルジョン燃料を燃焼室へ噴射する第１時刻ｔ１よりもカム角度２〜４度先行する第２時刻ｔ０からエマルジョン燃料の前記第１時刻ｔ１経過後の第３時刻ｔ２の期間、補助燃料を噴射し、さらにその後、エマルジョン燃料の噴射時間（ｔ１〜ｔ５）内で、第４〜第５時刻（ｔ３〜ｔ４）の期間において補助燃料を噴射することを特徴とするディーゼル機関の燃料供給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ディーゼル機関にたとえば油燃料と水とを混合した燃料および油燃料とメタノールとを混合した二元燃料などのエマルジョン燃料を供給するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼル機関のＮＯｘ低減対策として、燃料に水を添加したエマルジョン燃料を使用することが知られている。典型的な先行技術は実公昭６０−１２５０に開示されている。この先行技術では、エマルジョン燃料を長時間静置させておくことによって油中に分散した水の微粒子が次第に沈降して分離することを防ぐために、燃料と水とが混合される燃料タンク内に設けられた浮子に、吸込管の管路を接続してエマルジョン燃料の上部の層を吸引した燃料ポンプで補給し、さらに噴射ポンプによってディーゼル機関に噴射し、前記燃料ポンプからのエマルジョン燃料の残余の部分はリターンラインを通って燃料タンクの下部に設けられたノズルから燃料タンク内に噴射し、これによって燃料タンク内で上方に向けて噴出されたエマルジョン燃料によって撹拌効果が生じ、水の微粒子を再分散させている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この先行技術では、エマルジョン燃料の水添加比率を容易にかつ即座に変化することができない。水添加比率は、エマルジョン燃料のうちの油燃料の体積Ｆに対する水の体積Ｗの割合であって、Ｗ／Ｆで表される。水添加比率がたとえば０〜４０ｖｏｌ％の範囲では、水添加比率の増大とともに排気ＮＯｘはほぼ直線的に減少し、燃費および煙が低減される。この反面、水添加比率を増すと、セタン価が低下し、着火遅れが大きくなる。したがって初期燃焼が増し、燃焼室内における圧力上昇率が大きくなり、燃焼が不安定になり、騒音および振動が激しくなり、さらには運転困難になることさえある。特に低負荷時には、燃焼が不安定になりやすく、燃焼室内の圧力が大幅に増大する。したがって先行技術では、負荷が変化した場合でも、安定した燃焼を行わせるために、常に少な目の水添加比率に抑える必要がある。その結果、ＮＯｘ低減効果が少ないという問題がある。
【０００４】
またこの先行技術では、燃料タンクに、油燃料と水とを予め定める割合で混合したエマルジョン燃料を供給する必要があり、したがって別途、エマルジョン燃料の製造装置を設ける必要があり、構成が大形化するという問題もある。
【０００５】
さらに他の先行技術は特公昭５８−４００２３に開示されている。この先行技術では、エマルジョン燃料の水添加比率に応じて硝酸ヘキシル、硝酸アミルなどのセタン価向上剤を添加する構成が開示される。この先行技術における問題は、セタン価向上剤が、油燃料および水の他に、別途、準備されなければならず、しかもセタン価向上剤は高価であるということである。
【０００６】
本発明の目的は、水添加比率をたとえば負荷状態などに応じて容易に変化させることができ、また構成を簡略化することができるようにしたエマルジョン燃料を用いるディーゼル機関の燃料供給装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ディーゼル機関の燃焼室にエマルジョン燃料を噴射する噴射弁と、
ディーゼル機関のクランク軸に連動してカム駆動され、噴射弁にエマルジョン燃料を供給する燃料ポンプと、
ミキサと、
ミキサからのエマルジョン燃料を圧送する循環ポンプと、
燃料ポンプとミキサと循環ポンプとをこの順序で接続して閉ループを形成する循環通路と、
燃料を、ミキサの入口に供給する燃料供給源と、
燃料供給源からの燃料よりもセタン価が低い液体を、ミキサの入口に供給する液体供給源と、
ディーゼル機関の燃焼室に臨んで設けられるパイロット噴射弁と、
前記燃料供給源からの燃料よりもセタン価が高い補助燃料を供給する補助燃料供給源と、
ディーゼル機関のクランク軸に連動してカム駆動され、補助燃料供給源からの補助燃料をパイロット噴射弁に供給する補助燃料ポンプとを含み、
補助燃料ポンプは、前記燃料ポンプからのエマルジョン燃料を燃焼室へ噴射する第１時刻ｔ１よりもカム角度２〜４度先行する第２時刻ｔ０からエマルジョン燃料の前記第１時刻ｔ１経過後の第３時刻ｔ２の期間、補助燃料を噴射し、さらにその後、エマルジョン燃料の噴射時間（ｔ１〜ｔ５）内で、第４〜第５時刻（ｔ３〜ｔ４）の期間において補助燃料を噴射することを特徴とするディーゼル機関の燃料供給装置である。
好ましくは、補助燃料の噴射量は、エマルジョン燃料と補助燃料との合計の燃焼量が３〜７ｃａｌ％であることを特徴とする。
また好ましくは、エマルジョン燃料の液体添加比率は８０〜１００ｖｏｌ％であることを特徴とする。
また好ましくは、補助燃料の噴射を、エマルジョン燃料の噴射よりもカム角度２〜４度先行し、
補助燃料の噴射量を、エマルジョン燃料と補助燃料との合計の燃焼量の３〜７ｃａｌ％に選び、さらに、
エマルジョン燃料の液体添加比率を８０〜１００ｖｏｌ％に選ぶことを特徴とする。
また好ましくは、循環通路に、エマルジョン燃料を、その粘度が低下するように加熱するヒータが介在されていることを特徴とする。
また好ましくは、ディーゼル機関の負荷を検出する手段と、
ディーゼル機関の排気ガスに含まれるＮＯｘ濃度を検出する手段と、
負荷検出手段およびＮＯｘ濃度検出手段からの各出力に応答して、負荷に対応した燃料流量が供給されるように燃料供給源を制御し、かつ検出されたＮＯｘ濃度が予め定める値未満になる前記液体流量が供給されるように、液体供給源を制御する制御手段とを含むことを特徴とする。
また好ましくは、前記液体流量を、前記燃料供給源からの燃料流量に対応する予め定める値未満に制限する手段をさらに含むことを特徴とする。
また好ましくは、燃料ポンプは、
前記カム駆動されるプランジャと、
バレルを収納し、プランジャの上限位置よりも下方に開口した供給孔が形成され、この供給孔よりも上方でエマルジョン燃料をプランジャによって圧送する圧力室が形成されるバレルと、
バレルを外囲し、供給孔が臨む空間を形成し、この空間は、前記循環通路の途中に介在されるハウジングと、
バレルの圧力室からのエマルジョン燃料を吐出する吐出逆止弁とを含むことを特徴とする。
また好ましくは、バレルに形成される供給孔は、バレルの一直径線上に軸線を有して一対、形成され、
ハウジングに形成された前記空間は、前記一対の供給孔が臨むようにバレルの外周を囲み、
前記空間に接続される循環通路の途中の両端部は、前記一直径線上に配置されることを特徴とする。
【０００８】
【作用】
本発明に従えば、燃料ポンプとミキサと循環ポンプとは、循環通路に介在されて閉ループを形成しており、このミキサの入口には燃料供給源からの油燃料を供給し、さらにそのミキサの入口に供給源から、水またはアルコールなどのように燃料供給源からの燃料よりもセタン価が低い液体を供給する。したがってミキサに供給される燃料と液体との比率、たとえば前記液体が水であるときには水の添加比率を、容易にかつ即座に変化することができる。こうして循環通路にはエマルジョン燃料が常に循環しており、またミキサが介在されていることによって、燃料と液体との分離が生じるおそれはなく、さらに上述のように燃料と水との混合比率を容易にかつ即座に変化させることができ、この比率を、たとえば負荷に応じて制御し、あるいはまたＮＯｘ濃度の目標となる規制値未満で液体の混合比率を大きくして、ディーゼル機関の燃費などの性能の悪化を最小にし、安定した燃焼を行わせることができる。
【０００９】
さらに本発明に従えば、燃料供給源からの燃料よりもセタン価が高い、したがって着火温度が低い補助燃料を補助燃料供給源からパイロット噴射弁を経て燃焼室に供給するようにし、その補助燃料を燃料供給源からの燃料に先行して噴射するようにしたので、前記液体の添加比率を大幅に増加することができ、これによってＮＯｘ低減を図ることができるとともに、しかも燃焼状態が安定することができる。
【００１０】
特に本発明に従えば、補助燃料の先行噴射は、カム角度（θ１＝ｔ０〜ｔ１）２〜４度に選ぶ。カム角度２度未満では、補助燃料の充分な燃焼が行われるよりも先に、エマルジョン燃料が噴射され、したがって燃焼を安定に行わせることができない。カム角度が４度を越えると、補助燃料の燃焼のほぼ完了した後に、エマルジョン燃料が噴射されることになり、このことによってもまた、燃焼を安定に行わせることができない。
本発明に従えば、ディーゼル機関のエマルジョン燃料の噴射に先立って、補助燃料を供給することによって、エマルジョン燃料の着火遅れが大きくなることを防ぐことができる。したがって低負荷時における燃焼であっても、補助燃料の働きによって、不安定な燃焼を生じなくなり、これによってエマルジョン燃料の水添加率を増大することが可能になり、したがってＮＯｘ濃度の低減を図ることができる。
さらに本発明では、エマルジョン燃料の噴射期間（ｔ１〜ｔ５）内で、第４〜第５時刻（ｔ３〜ｔ４）の期間において補助燃料を噴射する。このことによってもまた、エマルジョン燃料の水添加率を増大することができ、ＮＯｘ濃度の低減を、さらに図ることができる。
【００１１】
具体的には、ディーゼル機関の一行程における補助燃料の噴射量を、エマルジョン燃料と補助燃料との合計の燃焼量の３〜７ｃａｌ％に選び、これによって補助燃料の噴射量をむやみに大きくすることなく、安定した燃焼状態を達成することができる。補助燃料の噴射量が３ｃａｌ％未満では、セタン価が低いエマルジョン燃料の燃焼を安定して燃焼させるには不充分である。補助燃料の噴射量が７ｃａｌ％を越えても、燃焼安定に行わせる効果はそれほど変化しない。
【００１２】
さらに具体的には、エマルジョン燃料の液体添加比率Ｗ／Ｆを、８０〜１００ｖｏｌ％に選び、これによってＮＯｘ濃度の低減を充分に図ることができる。
【００１３】
さらに具体的には、循環通路にヒータを介在し、これによってエマルジョン燃料、したがってそれに含まれている燃料の粘度が低下することを防ぎ、たとえば燃料として高粘度のＣ重油を用いた場合であっても、燃料と液体とが充分に混合された状態で循環して噴射ポンプに導くことができる。
【００１４】
さらに具体的には、ディーゼル機関の負荷を検出するとともに、排気ガスに含まれているＮＯｘ濃度を検出し、他に対応した燃料流量が燃料供給源から循環通路、したがってミキサに供給されるようにするとともに、ＮＯｘ濃度が予め定める値未満となるように水などの液体流量を制御し、こうしてＮＯｘ濃度による負帰還制御によってそのＮＯｘ濃度が規制値近傍でその規制値未満となるようにすることができ、これによって液体の添加比率をできるだけ低下して、ディーゼル機関の燃費などの性能の悪化を最小にすることができる。
【００１５】
さらに具体的には、液体流量を、燃料流量に対応する予め定める値未満に制限するように、いわばリミタ機能を達成するようにし、これによって液体流量が大きくなり過ぎることを防ぎ、安定した燃焼状態を達成することができる。
【００１６】
さらに具体的には、燃料ポンプにおいて、バレル内でプランジャが供給孔よりも下方に変位することによって循環通路のエマルジョン燃料を供給孔から圧力室内に吸入し、次にプランジャが上昇することによって圧力室内のエマルジョン燃料が吐出逆止弁から噴射弁に圧送され、噴射弁からディーゼル機関の燃焼室にエマルジョン燃料が噴射される。
【００１７】
燃料ポンプの運転状態にかかわらず、バレルを外囲するハウジングにバレルの供給孔が臨んで形成される空間を介して循環通路のエマルジョン燃料が常に循環されている。
【００１８】
さらに具体的には、燃料ポンプにおいて、バレルの供給孔は、そのバレルの一直径線上に軸線を有して一対、形成されており、ハウジングに形成された前記空間は、前記一対の供給孔が臨むように形成されており、循環通路の途中の両端部は、前記一直径線上に配置されて前記空間に接続され、こうして前記空間内のエマルジョン燃料は供給孔を経て円滑に圧力室内に吸入されることができる。
【００１９】
【実施例】
図１は、本発明の前提となる全体の構成を示す系統図である。複数気筒を有するディーゼル機関１のシリンダ２には、ブロアで加圧された空気が給気弁４を経て燃焼室５に供給され、この燃焼室５には噴射弁６によってエマルジョン燃料が噴射される。燃焼室５からの排気ガスは排気弁７を経て管路８から排出される。管路８には排気ガスのＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘ濃度検出手段９が設けられる。
【００２０】
ディーゼル機関１のピストン１０に連結されるカム１１によって歯車列１２が回転駆動され、この駆動軸１３によって燃料ポンプ１４がカム駆動される。燃料ポンプ１４からのエマルジョン燃料は、管路７１から噴射弁６に供給される。燃料ポンプ１４には管路１５から管路１６を経てミキサ１７の入口に接続される。ミキサ１７の出口からのエマルジョン燃料は、管路１８から循環ポンプ１９および管路２０を経て噴射ポンプ１４に供給される。こうして燃料ポンプ１４とミキサ１７と循環ポンプ１９とがこの順序で接続して閉ループが形成され、管路１５，１６，１８，２０は循環通路２１を構成する。循環ポンプ１９は、ミキサ１７からのエマルジョン燃料を圧送する。
【００２１】
燃料供給源２２は、Ａ重油、Ｃ重油または軽油などの油燃料を、管路２３からミキサ１７の入口側の管路１６に供給する。この燃料供給源２２は、油燃料を貯留する燃料タンク２４と、その燃料を加熱して粘度を低下するヒータ２５と、フィルタ２６と燃料を圧送するポンプ２７とヒータ２８と調圧弁２９とを含む。ヒータ２５は、Ｃ重油などのように高粘度の燃料が用いられるとき、設けられる。管路１６には、また、管路３０が接続され、タンク３１からの界面活性剤がフィルタ３２、逆止弁３３およびポンプ３４を経て、さらに圧力調整弁３５を経て圧送される。界面活性剤３１は、燃料および水の親和剤として働く。
【００２２】
水供給源３７は、工業用水などの水を貯留するタンク３８とフィルタ３９とポンプ４０とを経て、管路４１から逆止弁４２および調圧弁４３などを経て、管路４４から、ミキサ１７の入口に水が供給される。水に代えて、前記燃料よりもセタン価が低い、すなわち着火温度が高い他の液体、たとえばメタノールなどが用いられてもよい。
【００２３】
循環通路２１における管路２０にはヒータ４５が介在され、これによってたとえば高粘度のＣ重油を用いたエマルジョン燃料の粘度を低下させる働きが達成される。管路１５の途中には、管路４６を介してドレンタンク４７が接続される。管路４６には開閉弁４８が介在されている。
【００２４】
ディーゼル機関１は、４サイクルまたは２サイクルのディーゼル機関であって、複数気筒を有してもよいけれども、単気筒であってもよい。
【００２５】
図２は、噴射弁６の具体的な構成を示す縦断面図である。噴射弁６は基本的には、弁本体４９と、弁体である針弁５０と、針弁５０に固定される弁棒５１と、弁棒５１にばね力を与えるばね５２とを含む。弁本体４９には、燃焼室５に臨む噴口５３と、弁座５４と、溜室５５とが、軸線方向にこの順序で形成される。溜室５５には通路５６を介して前記管路２０からのエマルジョン燃料が圧送される。この溜室５５内のエマルジョン燃料の圧力が上昇することによって針弁５０はばね５２のばね力に抗して上昇変位して弁座５４から離間し、これによって溜室５５からのエマルジョン燃料は噴口５３から燃焼室内に噴射される。ばね５２は、張弁５０が弁座５４に向かうようにばね力を与えている。
【００２６】
図３は燃料ポンプ１４の縦断面図であり、図４は図３の切断面線ＩＶ−ＩＶから見た横断面図である。この燃料ポンプ１４において、前述の図１に示されるカム軸１３にはカム５８が設定されており、このカム５８によってプランジャ５９が図３の上下に駆動される。プランジャ５９はバレル６０に収納され、このバレル６０は、ハウジング６１によって外囲される。バレル６０には、プランジャ５９の上限位置６２よりも下方に開口した供給孔６３，６３ａが形成される。この供給孔６３，６３ａよりも上方でエマルジョン燃料をプランジャ５９によって圧送する圧力室６４が形成される。
【００２７】
ハウジング６１はバレル６０を外囲する。ハウジング６１には環状凹所によって空間６５が形成される。この空間６５には接続口６６，６６ａが設けられる。接続口６６，６７は、図１に示される管路２０および管路１５にそれぞれ接続される。圧力室６４からのエマルジョン燃料を吐出するために、吐出逆止弁６７が設けられる。吐出逆止弁６７は、弁座６８に着座することができる弁体６９がばね７０によって弁座６８に向けてばね力が与えられて構成される。吐出逆止弁６７からのエマルジョン燃料は、管路７１を介して、噴射弁６にエマルジョン燃料が圧送される。
【００２８】
バレル６０に形成される供給孔６３，６３ａは、そのバレル６０の一直径線７２上に軸線を有して一対、形成される。ハウジング６１に形成された空間６５は、一対の供給孔６３，６３ａが臨むようにバレル６０の外周を囲む。空間６５に接続される接続口６６，６７は、前記一直径線７２上に配置される。こうして管路２０からのエマルジョン燃料は、接続口６６から空間６５を経て供給孔６３から、プランジャ５９の下降時に圧力室６４に吸入される。プランジャ５９が上昇変位するとき、圧力室６４内のエマルジョン燃料は吐出逆止弁６７を経て管路７１から燃料噴射弁６に導かれて燃焼室５内に噴射される。また供給孔６６からのエマルジョン燃料はバレル６０の外周面に臨む空間６５を経てもう１つの接続口６７から管路１５に導かれ、エマルジョン燃料が、燃料ポンプ１４の動作状態にかかわらず、円滑に循環される。空間６５内のエマルジョン燃料はまた、もう１つの供給孔６３ａを経て圧力室６４内に吸入される。一直径線７２上に供給孔６３，６３ａおよび接続口６６，６６ａが配置されることによって、循環されるエマルジョン燃料が円滑に空間６５を通って流れるとともに、また、供給孔６３、圧力室６４、および供給孔６３ａを経てエマルジョン燃料が流過する。
【００２９】
プランジャ５９は、ばね７２によって、そのホロア部１３がカム５８のカム面に弾発的に圧接される。
【００３０】
図５は、本件発明者の実験結果によるエマルジョン燃料の水添加率とディーゼル機関１からの排気ガス中のＮＯｘ濃度との関係を示すグラフである。水添加率がたとえば約４０ｖｏｌ％未満の範囲では、その水添加率を増大するにつれて、ＮＯｘ濃度が低下されることが判る。
【００３１】
図６は、ディーゼル機関１の負荷に対応したエマルジョン燃料に含まれる油燃料の供給流量を示す本件発明者の実験結果を示すグラフである。負荷が増大するにつれて、油燃料の流量を増大する必要がある。
【００３２】
図７は、図１〜図６に示される構成の電気的構成を示すブロック図である。流量計７４は、油燃料を供給する管路２３（前述の図１参照）に介在されており、マイクロコンピュータなどによって実現される処理回路７５に検出流量を表す信号が与えられる。ディーゼル機関１の負荷は、負荷検出手段７６によって検出される。この負荷は、たとえばディーゼル機関１のクランク１１の回転速度を検出する構成であってもよく、あるいはまたその検出負荷に対応した燃料流量を決定する燃料流量の検出手段であってもよく、あるいはまた給気弁４に供給される給気圧力を検出する構成であってもよく、その他の構成であってもよい。処理回路７５はインバータ７７によって燃料を供給する燃料ポンプ２７のモータ７９および界面活性剤を供給するポンプ３４のモータ８０の回転速度を決定するインバータ７７に与えられてそれらのモータ７９，８０の回転速度を制御し、またインバータ７８によって水を供給するポンプ４０のモータ８１の回転速度を制御する。これらのモータ７９，８０，８１は、たとえば誘導電動機であって、インバータ７７，７８からの出力の周波数に依存した回転速度で駆動されることができる。
【００３３】
図８は、図７に示される処理回路７５の動作を説明するためのフローチャートである。ステップｎ１からステップｎ２に移り、負荷検出手段７６によって検出された負荷に対応して、ステップｎ３では、インバータ７７によってモータ７９，３４の回転速度を制御して、その負荷に必要な燃料流量を図６に従って供給する。ステップｎ４では、流量計７４によって燃料の流量が検出され、次のステップｎ５では、検出された燃料の流量に対応した水添加率を決定して、水を供給するモータ８１の回転速度をステップｎ６で、インバータ７８によって制御する。
【００３４】
ステップｎ７において、燃料供給源２２から供給される燃料の流量計７４によって検出される値に対応するモータ８１から供給される水の流量が予め定める値未満であるかどうか、すなわち水添加率が予め定める最大値未満であるかどうかが判断され、水添加率が前記最大値以上であれば、ステップｎ８に移り、モータ８１の回転速度を、水添加率が前記最大値になるように減少して制限し、リミタ機能を達成する。これによってエマルジョン燃料に混合される水の割合が大きくなり過ぎて、ディーゼル機関１の運転状態が不調になることを防ぐ。
【００３５】
ステップｎ７においてエマルジョン燃料の水添加率が前記最大値未満であることがステップｎ７において判断されると、次のステップｎ９では、ＮＯｘ濃度検出手段９からの出力に応答して、ステップｎ１０では、検出されたＮＯｘ濃度が予め定める目標値未満であるかどうかが判断される。検出されたＮＯｘ濃度が目標値以上であれば、ステップｎ１１において水を供給するポンプ４０のモータ８１の回転速度を低く補正し、ＮＯｘ濃度が前記目標値になるように水の供給流量を抑制する。こうしてＮＯｘ濃度が前記目標値をいわばクリアすることができる。
【００３６】
図９は、本発明の他の前提となる全体の構成を示す系統図である。前述の実施例における対応する部分には同一の参照符を付す。特にこの実施例では、燃料供給源２２の燃料タンク２４からの燃料よりもセタン価が高い補助燃料が、補助燃料供給源８３から供給される。補助燃料供給源８３において補助燃料タンク８４には、補助燃料が貯留され、ポンプ８５およびフィルタ８６を経て管路８７に供給される。燃料タンク２４の燃料がたとえばＣ重油であるとき、補助燃料タンク８４の補助燃料として、たとえばＡ重油が用いられてもよい。
【００３７】
管路８７には補助燃料ポンプ８８が設けられる。この補助燃料ポンプ８８は、前述のカム軸１３に設けられたカム８９によってカム駆動され、したがってこの補助燃料ポンプ８８は、ディーゼル機関１のクランク軸１１に連動してカム駆動される構成となっている。補助燃料ポンプ８８からの補助燃料は管路９０からパイロット噴射弁９１に供給される。パイロット噴射弁９１は、給気弁４の近傍で燃焼室５に臨んで配置される。
【００３８】
図１０は、図９に示される構成の燃料および補助燃料の噴射状態を示す図である。図１０（１）は燃料噴射弁６から燃焼室５に噴射されるエマルジョン燃料の時間経過を示す。補助燃料は補助燃料噴射弁９１によって、図１０（２）に示されるようにエマルジョン燃料の噴射時刻ｔ１よりも先行する時刻ｔ０から、前記時刻ｔ１経過後の時刻ｔ２の期間、噴射される。参照符ＴＤＣは、ディーゼル機関の気筒の上死点を示す。
【００３９】
この構成では、ディーゼル機関のエマルジョン燃料の噴射に先立って、補助燃料を供給することによって、エマルジョン燃料の着火遅れが大きくなることを防ぐことができる。したがって低負荷時における燃焼であっても、補助燃料の働きによって、不安定な燃焼を生じなくなり、これによってエマルジョン燃料の水添加率を増大することが可能になり、したがってＮＯｘ濃度の低減を図ることができる。
【００４０】
カム角度θ１は、たとえば２〜４度であってもよい。補助燃料噴射弁９１から各サイクル毎に噴射される補助燃料の噴射量は、エマルジョン燃料と補助燃料との燃焼熱量の合計値の３〜７ｃａｌ％が好ましい。このような補助燃料をエマルジョン燃料に先行して噴射するエマルジョン燃料の水添加率を８０〜１００％以上とすることが可能となる。
【００４１】
図１１は図９および図１０に類似する本発明の一実施例の動作を説明するための図である。図１１（１）は、図１０（１）のようにエマルジョン燃料の燃焼室５への噴射状態の時間経過を示す。注目すべきはこの実施例では補助燃料噴射弁９１からは、エマルジョン燃料の噴射期間ｔ１〜ｔ５に先行して時刻ｔ０〜ｔ２において補助燃料が噴射されるとともに、さらにその時刻ｔ１〜ｔ５の期間内において時刻ｔ３〜ｔ４において補助燃料がさらに噴射される。このことによってもまた、エマルジョン燃料の水添加率を増大することができる。図９〜図１１の各実施例において、その他の構成は、前述の実施例と同様である。
【００４２】
他の実施例として、図９においてさらに、管路８７からの補助燃料は、管路９４および開閉弁９５を介して燃料タンク２４からの燃料に混合されるようにされてもよく、またポンプ９６から開閉弁９７を介して混合されてもよい。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、燃料ポンプとミキサと循環ポンプと循環通路とによって閉ループを形成し、この閉ループのミキサに燃料供給源と液体供給源とを接続するようにしたので、燃料と液体との混合割合を容易にかつ即座に変更することが容易であり、したがってディーゼル機関の負荷が変化した場合でも良好な応答速度でその混合割合を変更し、こうしてＮＯｘ濃度の低減を行い、また煙の発生を抑制しつつ、ディーゼル機関の燃費などの性能の悪化を防ぐことができる。またこの構成によれば、燃料と液体とを混合するエマルジョン燃料製造装置を別途、準備する必要がなく、構成の簡略化を図ることができる。
【００４４】
さらに本発明によれば、エマルジョン燃料は、ミキサを介して閉ループを常に循環しているので、ディーゼル機関の運転中は勿論、ディーゼル機関の停止中においても、エマルジョン燃料の成分の分離を防止することができる。
【００４５】
さらに本発明によれば、燃料供給源からは、たとえばＣ重油を供給し、これとは別に補助燃料供給源からは、セタン価が高い補助燃料、たとえばＡ重油を供給し、この補助燃料をエマルジョン燃料の噴射に先行して燃焼室に噴射するようにしたので、液体の添加比率を大幅に増加して、ＮＯｘ濃度の低減を充分にあることができるとともに、そのようなＮＯｘ濃度が低下し、着火遅れが大きいエマルジョン燃料を用いても、初期燃焼を減らし、圧力上昇率を小さくし、燃焼を安定に行わせることができ、騒音および振動が発生することを防ぎ、安定した運転を継続することができるようになる。
本発明によれば、ディーゼル機関のエマルジョン燃料の噴射に先立って、補助燃料を供給することによって、エマルジョン燃料の着火遅れが大きくなることを防ぐことができる。したがって低負荷時における燃焼であっても、補助燃料の働きによって、不安定な燃焼を生じなくなり、これによってエマルジョン燃料の水添加率を増大することが可能になり、したがってＮＯｘ濃度の低減を図ることができる。
さらに本発明では、エマルジョン燃料の噴射期間（ｔ１〜ｔ５）内で、第４〜第５時刻（ｔ３〜ｔ４）の期間において補助燃料を噴射する。このことによってもまた、エマルジョン燃料の水添加率を増大することができ、ＮＯｘ濃度の低減を、さらに図ることができる。
【００４６】
さらに本発明において、他に検出された負荷に対応した燃料流量で燃料を供給するとともに、検出されたＮＯｘ濃度が予め定める値未満になるように、たとえばその予め定める値未満であってかつその予め定める値近傍の値になるように、前記液体の流量を制御することによって、ＮＯｘ濃度を目標とする値未満に保ちつつ、液体の添加比率をできるだけ小さくしてディーゼル機関の燃費などの性能悪化を最小にすることができる。
【００４７】
さらに本発明において、液体の添加比率を予め定める値未満に制限することによって、このリミタ機能によって、ディーゼル機関の運転状態が不安定になることを防ぐ。
【００４８】
さらに本発明において、燃料ポンプは、循環通路に介在される構成とし、プランジャをカム駆動することによって、エマルジョン燃料を噴射弁に供給することができるとともに、そのディーゼル機関が停止されている状態においてもエマルジョン燃料が循環通路を前述のように循環して流れることを可能にすることができる。
【００４９】
さらに本発明において、燃料ポンプにおいてバルブに形成される供給孔および循環通路の途中の両端部は、バレルの一直径線上に軸線を有してそれぞれ配置することによって、エマルジョン燃料が燃料ポンプの圧力室内に円滑に供給されるとともに、またその循環されるエマルジョン燃料がハウジングの空間を円滑に流れて循環されることが可能となる。
【００５０】
さらに本発明において、燃料供給源からは、たとえばＣ重油を供給し、これとは別に補助燃料供給源からは、セタン価が高い補助燃料、たとえばＡ重油を供給し、この補助燃料をエマルジョン燃料の噴射に先行して燃焼室に噴射することによって、液体の添加比率を大幅に増加して、ＮＯｘ濃度の低減を充分にあることができるとともに、そのようなＮＯｘ濃度が低下し、着火遅れが大きいエマルジョン燃料を用いても、初期燃焼を減らし、圧力上昇率を小さくし、燃焼を安定に行わせることができ、騒音および振動が発生することを防ぎ、安定した運転を継続することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の前提となる全体の構成を示す系統図である。
【図２】エマルジョン燃料を噴射する噴射弁６の構成を示す断面図である。
【図３】エマルジョン燃料のための噴射ポンプ１４の構成を示す縦断面図である。
【図４】図３における切断面線ＩＶ−ＩＶから見た横断面図である。
【図５】本件発明者の実験結果を示すエマルジョン燃料の水添加率に対応するディーゼル機関１の排気ガス中のＮＯｘ濃度を示す図である。
【図６】本件発明者の実験結果を示すディーゼル機関１の負荷に対応するエマルジョン燃料中に含まれる油燃料の流量を示す図である。
【図７】図１〜図６に示される構成の電気的構成を示すブロック図である。
【図８】図７に示される処理回路７５の動作を説明するためのフローチャートである。
【図９】本発明の他の前提となる全体の構成を示すブロック図である。
【図１０】図９に示される構成の動作を説明するための図である。
【図１１】図９および図１０に示される実施例に類似する本発明の一実施例の動作を説明するための図である。
【符号の説明】
１  ディーゼル機関
２  シリンダ
５  燃焼室
６  噴射弁
７  排気弁
１１，５８，８９  カム
１４  燃料ポンプ
１７  ミキサ
１９  循環ポンプ
２１  循環通路
２２  燃料供給源
２３  管路
２４  燃料タンク
２７，３４，４０，８５  ポンプ
３１  タンク
３７  水供給源
４７  ドレンタンク
４９  弁本体
５０  針弁
５１  弁棒
５２，７０  ばね
５３  噴口
５４  弁座
５５  溜室
５９  プランジャ
６０  バレル
６１  ハウジング
６３，６３ａ  供給孔
６４  圧力室
６５  空間
６６，６６ａ  接続口
６７  吐出逆止弁
７２  一直径線
８３  補助燃料供給源
８８  補助燃料ポンプ
９１  パイロット噴射弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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