(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料の噴射が行なわれていない期間中に、燃料噴射弁の燃料通路内に水を注入することにより、燃料と水を層状にして噴射可能に構成した燃料、水層状噴射装置において、燃料噴射ポンプと燃料噴射弁の間の噴射管路中に、電気的に他の管路構成部材と絶縁された導電部材を挿入し、該導電部材と他の管路構成部材との間の電気的導通信号を検出することにより注入水の燃料噴射ポンプ側への過大な逆流を検知する手段を備えたことを特徴とする燃料、水層状噴射装置。
【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エンジンの燃料・水層状噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンの排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ  ）を低減し、かつ、エンジンの排気黒煙や燃料消費率の低減をも同時に達成する手段としては、第３〜５図に示す従来形の燃料および水を同一の燃料噴射弁から噴射できるようにしたディーゼルエンジンが有効である。
図において、１は燃料タンク、２は燃料給油ポンプ、３は燃料噴射ポンプ本体、４は同プランジャ、５はプランジャバレル、６は吐出弁、７は該吐出弁６の側路に設けられた逆止調圧弁、８は燃料噴射管、４０は燃料・水噴射弁で、９は同本体、１０は噴孔、１１は針弁、１２は油溜り、１４は針弁１１の付勢ばねである。
【０００３】
一方、１９は水タンク、１８は水供給ポンプ、１７は水供給管、１６は制御弁、１５は水供給管、１３は水供給の逆止弁で水の制御弁側への逆流を防止する。また、２０は水の供給量および供給時期を制御するコントロール装置で、エンジンのクランク角信号およびその他のエンジン作動条件を入力して、制御弁１６に開閉信号を回線２３を介して出力する。
燃料、水噴射弁４０の本体９には燃料通路２２が穿孔されており、燃料噴射管８および燃料・水噴射弁油溜り１２とを連通させている。また水供給の逆止弁１３は、同じく燃料・水噴射弁４０の本体に穿孔された水通路３０を介して上部燃料通路２２の途中の合流部３１に接続されている。
【０００４】
次に前記従来例の作用について説明する。
水タンク１９より水供給ポンプ１８によって圧送された水は、水供給管１７を通り制御弁１６へ送られ、燃料噴射ポンプ３のプランジャが燃料を圧送を行なっていない休止期間中に、前記制御弁１６はコントローラ装置を介して所定の期間開弁状態に保持され、所定量の水を水供給管１５を介して燃料・水噴射弁４０に送り込む。このとき、前記のとおり燃料噴射ポンプ３の逆止調整弁７の開弁圧力ＰＲ  および水供給の逆止弁１３の開弁圧をＰｐ  とする時、針弁１１の開弁圧Ｐ０  に対して
Ｐ０  ＞ＰＰ  ＞ＰＲ  
となっているので、供給された水は逆止弁１３をへて水通路３０および合流部３１を通り燃料通路２２内へ流入する。
燃料通路２２内の合流部３１より上流側すなわち燃料噴射ポンプ３側にある燃料は、供給水圧により燃料噴射ポンプ３の方向に噴射管８を通って押しもどされ、逆止調整弁７を押し開いてプランジャ室へ逆流する。
【０００５】
その結果図４に示すように燃料・水噴射弁４０内には、油溜り１２の容積Ｖ２  および合流部３１から油溜り１２までの燃料通路２２の容積Ｖ１  の和であるＶ１  ＋Ｖ２  の容積は燃料で満たされ、前記合流部３１の上流側の燃料通路２２内には所定量の水が満され、さらにその上流には再び燃料が満された状態となっている。
つぎに燃料噴射ポンプ３のプランジャ４が上昇して燃料の圧縮が開始されると、噴射管８、燃料通路２２および油溜り１２内の圧力が上昇し、針弁１１の開弁圧Ｐ０  以上になると針弁１１が開かれる。このとき逆止弁１３の作用により水通路３０内の水はタンク１９側へ押し戻されることはない。
【０００６】
針弁１１が開弁圧Ｐ０  に達すると、図４の燃料・水噴射弁４０の噴孔１０からは、まず油溜り１２および燃料通路２２内の合流部までの容積に満されていた
Ｖ１  ＋Ｖ２  の容積の燃料が噴射され、続いて所定量供給されていた水が噴射され、最後に残りの燃料が全量噴射されることとなる。１回の噴射で噴射される燃料の量をＱＦ  とすると、最初に噴射される燃料の量ＱＦＰは前述のようにＱＦＰ＝Ｖ１  ＋Ｖ２  となり続いてＱＷ  の水の全量が噴射され、最後に残りの燃料ＱＦＳとするとＱＦＳ＝ＱＰ  −ＱＦＰが噴射される。
その結果図５に示すようにＱＦＰの燃料によりディーゼルの燃料行程初期の着火が確実に行われ、引続きＱＷ  の水により噴霧内への空気の導入が増大され燃料速度が増大および黒煙発生の低減が行われると同時に水の火炎域への導入によりＮＯｘ  の低減が得られる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが上記従来の技術において、エンジンの過渡的な運転状態、例えばエンジンの出力を急激に減少させた場合には、図示していない検出手段により燃料噴射量の減少を検出（たとえばポンプラックの位置検出など）し、これに応じて、コントロール装置２０により、制御弁１６の開期間を減少させるなどの操作を行なうことにより、適正な水注入量の制御を行なうことが必要であるが、過渡的な制御の遅れなどの何らかの不具合により水注入量が過大となった場合には、注入された水が燃料通路２２を逆流し、複数回の注入および噴射を経た後ついには水が、燃料噴射ポンプ３にまで達することが生じる。
【０００８】
水は燃料に比べて大幅に潤滑性が劣るため、この注入水の燃料噴射ポンプ３への逆流到達により、プランジャ４およびプランジャバレル５の焼付きなどを来たし、重大な事故となる。
また、上記過渡的な遅れのみでなく、制御弁１６の故障などによっても、水注入量の過大ならびに燃料噴射ポンプ３への逆流は起こりうる危険性を有し、何らかの手段でこれを未然に検出することが必要である。
【０００９】
本発明の目的は、前記従来装置の問題点を解消し、エンジンの過渡的な運転状態や水注入制御弁の故障などにより注入水が燃料噴射ポンプへ逆流しようとした際直ちに水注入を停止し、燃料噴射ポンプの焼付などの重大事故を未然に防止することができる燃料、水層状の噴射装置を提供するにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の燃料、水層状噴射装置は燃料の噴射が行なわれていない期間中に、燃料噴射弁の燃料通路内に水を注入することにより、燃料と水を層状にして噴射可能に構成した燃料、水層状噴射装置において、燃料噴射ポンプと燃料噴射弁の間の噴射管路中に、電気的に他の管路構成部材と絶縁された導電部材を挿入し、該導電部材と他の管路構成部材との間の電気的導通信号を検出することにより注入水の燃料噴射ポンプ側への過大な逆流を検知する手段を備えることを特徴としている。
【００１１】
【作用】
燃料は電気的に導電性が低いために、前記構成のように管路中に他部材と絶縁して挿入された導電部材は、正常な状態すなわち導電部材部に燃料が存在している限りは、他の管路部材とは電気的に絶縁がされている。
しかし異常時、すなわち注入水量の過水により水が噴射管を逆流してこの導電部材の箇所まで到達すると、水の良電導性により導電部材と他の管路構成部材は、水を介して電気的に導通されることになり、これを検出することにより、直ちに水の注入を停止し、水が燃料噴射ポンプにまで逆流することを未然に防止することができる。
【００１２】
【実施例】
以下図１〜２を参照し本発明の一実施例について説明する。図１は第１実施例の構成図、図２は本発明の最重要構成部品である逆流水検出器の断面図である。ディーゼルエンジンの排ガス中に含まれる窒素酸化物ＮＯｘ  を低減し、同時に排気黒煙や燃料消費率の低減も併せて達成する手段として、同一の燃料噴射弁から燃料と水をシリンダ内に噴射する燃料水噴射ディーゼルエンジンによる対応が有効であるとされている。
図１は本発明の水噴射ディーゼルエンジンの燃料・水噴射装置の構成を示す。図において、１は燃料タンク、２は燃料供給ポンプ、３は燃料噴射ポンプ、４はプランジャ、５はプランジャバレル、６は吐出弁、７は該吐出弁６の側路に設けられた逆止調圧弁、８は燃料噴射管、４０は燃料水噴射弁で、９は同本体、１０は噴孔、１１は針弁、１２は油溜り、１４は針弁１１の付勢ばねである。
【００１３】
また、１９は水タンク、１８は水供給ポンプ、１７は水供給管（ポンプ側）、１６は制御弁、１５は水供給管（噴射弁側）、１３は注入水の逆止弁で水の制御弁側への逆流を防止する。２０は水の供給量及び供給時期を制御するコントロール装置で、エンジンのクランク角信号及びその他のエンジン作動条件の信号を入力し、回線２３を介して制御弁１６に開閉信号を出力する。
燃料水噴射弁４０の本体９には燃料通路２２が穿孔されており、燃料噴射管８と油溜り１２とを連通している。また燃料水噴射弁４０の本体９には水注入路２１が穿孔されており、流路の途中には逆止弁１３が配設され、流路下流部に穿設された水通路３０を介して前記燃料通路２２の途中の合流部３１へ導通している。
前述の構成部材のうち図１における符号１〜２２、符号３０〜３１及び符号４０までの名称とその機能は、図３を参照して記載した従来例と同じである。
【００１４】
本発明ではさらに図１に示すように燃料水噴射弁４０と燃料噴射ポンプ３の間を連通する噴射管８の管路中に逆流水検出器１００が挿入されており、その検出信号はコントロール装置２０に伝えられる。
前記逆流水検出器１００の細部構造は図２の断面図に示すとおり、該検出器本体内には両面が同方向にテーパ状に形成されたリング状の２個の絶縁部材１０２の間に両面が該両絶縁部材と同一テーパ状に形成された導電部材１０１が挿入され、これらの３部材は検出器本体のねじを介して噴射管の端部に形成された両ニップル部と共締されている。なお前記絶縁部材はＳｉＮ（シリコンナイトライド）などのセラミックス材料が用いられ、高耐圧、高シール性を有しかつ電気的に絶縁抵抗の大きい材料が用いられる。
【００１５】
次に前記の構成による作用について説明する。
水タンク１９より水供給ポンプ１８によって圧送された水は水供給管１７を通って制御弁１６へ送られ、燃料噴射ポンプ３が燃料の圧送を行なっていない休止期間中は、前記制御弁１６がコントロール装置２０を介して所定期間開弁状態に保持され、所定量の水が水供給管１５を介して燃料水噴射弁４０の水注入路２１へ送り込まれる。その際、燃料噴射ポンプ３の逆止調圧弁７の開弁圧をＰＲ  、注水逆止弁１３の開弁圧をＰＰ  、針弁１１の開弁圧をＰ０  とすると、
Ｐ０  ＞ＰＰ  ＞ＰＲ  
となっているので、注入された水は注水逆止弁１３を通過し、水通路３０から合流部３１を経て燃料通路２２内へ流入する。この注入水圧によって燃料通路２２内の合流部３１より上流側、即ち燃料噴射ポンプ３側にある燃料は、噴射管８内を噴射ポンプ３の方向へ押し戻され、逆止調圧弁７を押し開いてプランジャバレル内へ逆流する。
【００１６】
その結果の状況を図４の燃料噴射弁の構成詳細図に示した。
燃料水噴射弁４０内には、油溜り１２の容積Ｖ２  と、合流部３１から油溜り１２までの燃料通路２２の容積Ｖ１  との和である（Ｖ１  ＋Ｖ２  ）の容積には燃料が満され、前記合流部３１の上流側の燃料通路２２内には所定量の水が満され、さらにその上流の燃料通路２２内には再び燃料が満された状態となっている。
つぎに燃料噴射ポンプ３のプランジャ４が上昇して燃料を加圧すると、燃料噴射管８、燃料通路２２および油溜り１２内の圧力が上昇し、針弁１１の開弁圧
Ｐ０  以上になると針弁１１が開かれる。このとき逆止弁１３の作用により水通路３０内の水が制御弁１６側へ押し戻されることはない。
【００１７】
燃料の圧力が針弁１１の開弁圧Ｐ０  を超えると噴孔１０からは、まず前述の（Ｖ１  ＋Ｖ２  ）の容積の燃料が噴射され、続いて所定量注入されていた水が噴射され、最後に残りの燃料が全量噴射されることになる。
即ち、１サイクルの全噴射燃料の量をＱＰ  とすると、図５に示すようにまず最初にＱＦＰ＝（Ｖ１  ＋Ｖ２  ）なる量の燃料が噴射され、続いて所定量の水の全量ＱＷ  が噴射され、残りの燃料量をＱＦＳとするとＱＦＳ＝ＱＰ  −ＱＦＰが最後に噴射されることになる。
この結果、まずＱＰＰの燃料噴射により燃焼行程初期の着火が確実に行われ、引続くＱＷ  の水の噴射により燃料噴霧内への空気の導入が増加し、燃焼速度の上昇および黒煙発生の低減が達成されるとともに燃焼域への水の導入によりＮＯＸ  の低減を図ることが可能となる。
【００１８】
ところが、エンジンの過渡的な運転状態、例えばエンジンの出力を急激に減少させた場合、又は制御弁１６の故障などによって水注入量過大となり、噴射管８に逆流した水が逆流水検出器１００の位置にまで到達して導電部材１０１に触れると、水は良導体のため、検出端子１０３と荷電された他の管路構成部材、例えば噴射管８とが電気的に導通状態となって通電する。この通電信号により大量の水が噴射管８内を逆流していることを検知し、該信号を端子１０３とケーブルを介してコントロール装置２０に知らせて直ちに水注入を停止し、燃料噴射ポンプ３のプランジャとプランジャバレル５の焼付などの重大事故の発生を自動的に防止できる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明は前記のとおり構成したので、エンジンの過渡的な運転状態や水注入制御弁の故障などにより注入水が燃料噴射ポンプへ逆流しようとしたときこの逆流水を検出装置１００を介して検出して水注入を停止し、燃料噴射ポンプの焼付などの重大事故を未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１実施例の構成図
【図２】本発明に係る逆流水検出器の断面図
【図３】従来例の図１応当図
【図４】従来例の燃料噴射弁の断面図
【図５】従来例の作用説明図
【符号の説明】
３…燃料噴射ポンプ、４０…燃料水噴射弁、８…噴射管、１００…逆流水検出器、１０１…導電部材、１０２…絶縁部材、１０３…検出端子
【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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