(57)【要約】【課題】エマルション燃料を供給可能な内燃機関の排気通路へ燃料を供給するときに排気の温度が低下することを抑制する。【解決手段】燃料油に規定の液体を混合して乳化させたエマルション燃料を供給可能な燃料供給システムにおいて、気筒２内へ燃料を噴射する筒内噴射弁１０と、排気通路４内へ燃料を噴射する排気添加弁２３と、燃料油を貯留する燃料油タンク１８と、規定の液体を貯留する規定液体タンク２０と、筒内噴射弁１０に対して燃料油か又は燃料油と規定の液体とを混合したエマルション燃料を供給し、排気添加弁２３に対して燃料油を供給する供給手段１４，１５，１６，１７，１９，２１，２２，２４と、を備える。【選択図】図１
2011149350.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料油に規定の液体を混合して乳化させたエマルション燃料を供給可能な燃料供給システムにおいて、
内燃機関の気筒内へ燃料を噴射する筒内噴射弁と、
前記内燃機関の排気通路に設けられる触媒よりも上流側の排気通路内へ燃料を噴射する排気添加弁と、
前記燃料油を貯留する燃料油タンクと、
前記規定の液体を貯留する規定液体タンクと、
前記筒内噴射弁に対して燃料油か又は燃料油と規定の液体とを混合したエマルション燃料を供給し、前記排気添加弁に対して燃料油を供給する供給手段と、
を備えることを特徴とする燃料供給システム。
【請求項２】
前記供給手段は、
前記燃料油タンク及び前記規定液体タンク、前記筒内噴射弁に対して夫々燃料通路を介して接続され前記燃料油と前記規定の液体とを混合するミキサと、
前記燃料油タンクから前記ミキサへ向かって前記燃料油を吐出する燃料油ポンプと、
前記規定液体タンクから前記ミキサへ向かって前記規定の液体を吐出する規定液体ポンプと、
前記燃料油ポンプと前記ミキサとを接続する燃料通路から分岐して前記排気添加弁に接続される分岐通路と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の燃料供給システム。
【請求項３】
前記供給手段は、前記規定液体タンクと前記ミキサとを接続する燃料通路の通路面積を変更する制御弁を備えることを特徴とする請求項２に記載の燃料供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料供給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
軽油と水とを混合したエマルション燃料を燃焼室へ供給する内燃機関において、排気系に設けられるパティキュレートフィルタ（以下、フィルタとする。）の温度がＰＭの燃焼に必要な設定温度よりも低い場合には、ヒータにより該フィルタを加熱し且つ燃焼室へ供給するエマルション燃料中の水の比率を低くする技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
すなわち、フィルタの温度がＰＭを燃焼させる設定温度よりも低いときは、ヒータを加熱状態にして温度上昇させるとともに、水比率を設定温度以上のときより小さく設定することで排気の温度を高めてフィルタの温度上昇を促進する。またＮＯxは、水の存在によ
り発生が抑えられる。
【０００４】
ここで、フィルタを加熱する方法として、排気通路に燃料を供給する方法もある。すなわち、フィルタに触媒を担持させるか、またはフィルタよりも上流側に触媒を設け、該触媒に燃料を供給したときの反応熱によりフィルタの温度を上昇させることができる。この場合、排気通路にエマルション燃料を供給すると、排気の温度が低下してしまうので、より多くの燃料を供給する必要が生じ燃費が悪化する虞がある。また、排気の温度が低下することにより、触媒による排気浄化の性能が低下する虞がある。
【０００５】
例えば水は軽油よりも蒸発熱が非常に大きいために、排気通路に供給されると、蒸発時に排気から熱を奪うため、該排気の温度が低下してしまう。これはアルコールであっても同様である。また、排気通路に燃料を供給する代わりに、気筒内へ主噴射の後に副噴射を行なって触媒の温度を上昇させる場合も同様である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２２７７０３号公報
【特許文献２】特開２００４−０６８６７８号公報
【特許文献３】特開２００４−２３９１３２号公報
【特許文献４】特開２００９−１８５７３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、エマルション燃料を供給可能な内燃機関の排気通路へ燃料を供給するときに排気の温度が低下することを抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を達成するために本発明による燃料供給システムは、以下の手段を採用した。すなわち、本発明による燃料供給システムは、
燃料油に規定の液体を混合して乳化させたエマルション燃料を供給可能な燃料供給システムにおいて、
内燃機関の気筒内へ燃料を噴射する筒内噴射弁と、
前記内燃機関の排気通路に設けられる触媒よりも上流側の排気通路内へ燃料を噴射する
排気添加弁と、
前記燃料油を貯留する燃料油タンクと、
前記規定の液体を貯留する規定液体タンクと、
前記筒内噴射弁に対して燃料油か又は燃料油と規定の液体とを混合したエマルション燃料を供給し、前記排気添加弁に対して燃料油を供給する供給手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
すなわち、筒内噴射弁からは、燃料油またはエマルション燃料を供給することができるため、例えば内燃機関の運転状態（例えば機関回転数及び機関負荷）に応じて燃料を切り替えることができる。一方、排気添加弁には燃料油のみを供給することができる。これにより、排気添加弁から燃料を供給したときに排気の温度が低下することを抑制できるので、より少ない燃料で触媒の温度を上昇させることができる。これにより燃費の悪化を抑制できる。
【００１０】
なお、燃料油には例えば軽油を挙げることができる。規定の液体には、例えば水またはエタノールを挙げることができる。水又はエタノールの他に乳化剤を加えても良い。筒内噴射弁から燃料油またはエマルション燃料を供給するときには、例えば運転状態に応じて何れか一方を選択しても良い。
【００１１】
本発明においては、前記供給手段は、
前記燃料油タンク及び前記規定液体タンク、前記筒内噴射弁に対して夫々燃料通路を介して接続され前記燃料油と前記規定の液体とを混合するミキサと、
前記燃料油タンクから前記ミキサへ向かって前記燃料油を吐出する燃料油ポンプと、
前記規定液体タンクから前記ミキサへ向かって前記規定の液体を吐出する規定液体ポンプと、
前記燃料油ポンプと前記ミキサとを接続する燃料通路から分岐して前記排気添加弁に接続される分岐通路と、
を備えることができる。
【００１２】
ミキサで燃料油と規定の液体とを混合することにより、エマルション燃料が生成される。このエマルション燃料は、燃料油ポンプ及び規定液体ポンプに押されて筒内噴射弁へ流される。また、分岐通路へは燃料油ポンプから吐出される燃料油のみが流される。このような構成により、排気添加弁からは燃料油のみが供給可能となる。
【００１３】
また、本発明においては、前記供給手段は、前記規定液体タンクと前記ミキサとを接続する燃料通路の通路面積を変更する制御弁を備えることができる。
【００１４】
この制御弁によれば、ミキサに流入する規定の液体の量を調節することができる。すなわち、エマルション燃料中の規定の液体の比率を調節することができる。これにより、例えば内燃機関の運転状態に応じてエマルション燃料中の規定の液体の比率を調節することができる。なお、制御弁を全閉とすることにより、筒内噴射弁から燃料油のみを噴射させることもできる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、エマルション燃料を供給可能な内燃機関の排気通路へ燃料を供給するときに排気の温度が低下することを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施例に係る内燃機関の概略構成を示す図である。
【図２】実施例に係る排気通路へ燃料油を供給するときのフローを示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る燃料供給システムの具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１は、本実施例に係る内燃機関１の概略構成を示す図である。なお、本実施例においては、内燃機関１を簡潔に表示するため、一部の構成要素の表示を省略している。内燃機関１は、４つの気筒２を有するディーゼル機関である。内燃機関１は、軽油と水とを混合してエマルション燃料、または軽油のみを燃料として用いることができる。
【００１９】
内燃機関１には、吸気通路３及び排気通路４が接続されており、該排気通路４の途中には該内燃機関１側から順に酸化触媒５と、フィルタ６とが設けられている。なお、酸化触媒５は、燃料を供給することにより発熱するものであれば他の触媒（例えば、三元触媒、ＮＯx触媒）であっても良い。また、酸化触媒５をフィルタ６に担持させても良い。なお
、本実施例においては酸化触媒５が、本発明における触媒に相当する。
【００２０】
さらに、内燃機関１には、気筒２内へ燃料を噴射する筒内噴射弁１０が夫々の気筒２毎に取り付けられている。筒内噴射弁１０には、夫々エマルション燃料通路１４の一端が４つに分岐して接続されている。エマルション燃料通路１４の他端は、軽油と水とを混合するミキサ１５に接続されている。
【００２１】
ミキサ１５には、さらに、軽油が流通する軽油通路１６の一端と、水が流通する水通路１７の一端と、が接続されている。軽油通路１６の他端は、軽油を貯留する軽油タンク１８に接続されている。そして、軽油通路１６の途中には、軽油タンク１８に貯留されている軽油をミキサ１５に向けて吐出する軽油ポンプ１９が設けられている。一方、水通路１７の他端は、水を貯留する水タンク２０が接続されている。そして、水通路１７の途中には、水タンク２０に貯留されている水をミキサ１５に向けて吐出する水ポンプ２１が設けられている。また、水ポンプ２１とミキサ１５との間の水通路１７には、該水通路１７の通路断面積を調節することで、水の流量を調節するための制御弁２２が設けられている。なお、ミキサ１５により混合されたエマルション燃料を貯留するタンクを備えていても良い。
【００２２】
また、酸化触媒５よりも上流の排気通路４には、該排気通路４を流れる排気中に燃料を噴射する排気添加弁２３が設けられている。この排気添加弁２３には、軽油ポンプ１９とミキサ１５との間の軽油通路１６から分岐する分岐通路２４が接続されている。
【００２３】
さらに、内燃機関１には、該内燃機関１の回転数を検出するためのクランクポジションセンサ３１が取り付けられている。
【００２４】
なお、本実施例においては水が、本発明における規定の液体に相当する。また、本実施例においては軽油が、本発明における燃料油に相当する。また、本実施例においては水タンク２０が、本発明における規定液体タンクに相当する。また、本実施例においては水ポンプ２１が、本発明における規定液体ポンプに相当する。また、本実施例においては軽油タンク１８が、本発明における燃料油タンクに相当する。また、本実施例においては軽油ポンプ１９が、本発明における燃料油ポンプに相当する。また、本実施例においてはミキサ１５、軽油通路１６、水通路１７、エマルション燃料通路１４、軽油ポンプ１９、水ポンプ２１、制御弁２２、分岐通路２４が、本発明における供給手段に相当する。また、本実施例においては、軽油通路１６、水通路１７、及びエマルション燃料通路１４が、本発
明における燃料通路に相当する。
【００２５】
以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ３０が併設されている。このＥＣＵ３０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１を制御する。
【００２６】
ＥＣＵ３０には、クランクポジションセンサ３１が電気的に接続されている。また、ＥＣＵ３０には、筒内噴射弁１０、軽油ポンプ１９、水ポンプ２１、制御弁２２、排気添加弁２３が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ３０によりこれらの機器が制御される。
【００２７】
このように構成された内燃機関１では、気筒２内にエマルション燃料を供給することができる。ここで、軽油ポンプ１９及び水ポンプ２１を作動させることにより、軽油及び水がミキサ１５に流入する。軽油及び水はミキサ１５で混合されて乳化し、エマルション燃料となる。エマルション燃料は、エマルション燃料通路１４を流通して各筒内噴射弁１０に供給される。ＥＣＵ３０が、筒内噴射弁１０を開くことにより、気筒２内にエマルション燃料が供給される。なお、制御弁２２の開度を調節することにより、エマルション燃料中の水の比率を調節することができる。この比率は、例えば内燃機関１の運転状態に応じて決定することができる。例えば、内燃機関１の高負荷時には、出力を上昇させるために、軽油を多量に燃焼させることが要求されため、エマルション燃料に含まれる水の比率を低下させても良い。これらの関係は予め実験等により求めてマップ化しておいても良い。
【００２８】
また、気筒２内に軽油のみを供給することができる。このときには、制御弁２２を閉じて、且つ水ポンプ２１を停止させる。そうすると、ミキサ１５には、軽油のみが流入するため、エマルション燃料通路１４にも軽油のみが流通することになる。このときにＥＣＵ３０が筒内噴射弁１０を開くことにより、気筒２内に軽油が供給される。
【００２９】
筒内噴射弁１０から軽油のみを噴射するのか、またはエマルション燃料を噴射するのかは、例えば内燃機関１の運転状態に応じて決定することができる。内燃機関１の運転状態は、機関回転数、機関負荷（燃料噴射量又はスロットル開度）とすることができる。これらの関係は予め実験等により求めてマップ化しておいても良い。
【００３０】
一方、排気添加弁２３には、軽油のみが供給される。すなわち、軽油ポンプ１９から吐出された軽油のみが、分岐通路２４へ流入する。そして、ＥＣＵ３０が排気添加弁２３を開くことにより、排気通路４内に軽油が供給される。このときに、ミキサ１５内に水が流通していたとしても、軽油ポンプ１９から吐出される軽油により、該水が軽油通路１６に流入することがないので、分岐通路２４へ水が流入することはない。すなわち、排気添加弁２３からは、軽油のみを噴射させることができる。
【００３１】
排気添加弁２３から燃料の供給は、フィルタ６の再生時に行われる。なお、排気添加弁２３よりも下流の排気通路に吸蔵還元型ＮＯx触媒を備えている場合には、該触媒の硫黄
被毒を回復する必要があり、このときに該触媒の温度を規定の温度まで上げる必要がある。このときに、排気添加弁２３から燃料を供給して、吸蔵還元型ＮＯx触媒の温度を上昇
させても良い。また、触媒の活性を高めるなどのために排気添加弁２３から燃料を供給しても良い。
【００３２】
図２は、本実施例に係る排気通路へ軽油を供給するときのフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ３０により所定の時間毎に繰り返し実行される。
【００３３】
ステップＳ１０１では、排気添加弁２３から排気通路４内へ燃料の噴射が必要であるか
否か判定される。すなわち、フィルタ６の再生が必要であるか否か判定される。フィルタ６に捕集されているＰＭ量が規定量に達したときに該フィルタ６の再生が必要であると判定される。また、例えばフィルタ６の上流側と下流側との差圧を検出し、該差圧が閾値を超えた場合に、フィルタ６の再生が必要であると判定する。また、内燃機関１の運転状態から得られるＰＭ排出量を積算し、この積算値が閾値を超えた場合に、フィルタ６の再生が必要であると判定しても良い。さらに、走行距離が閾値を超えた場合に、フィルタ６の再生が必要であると判定しても良い。ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。
【００３４】
ステップＳ１０２では、排気添加弁２３からの燃料噴射量が算出される。この燃料噴射量は、フィルタ６の再生に必要な燃料量である。これは、フィルタ６に捕集されているＰＭの量と、排気の流量と、に応じて決定される。排気の流量は、吸気量及び筒内噴射弁１０からの燃料噴射量から求めることができる。これらの関係は予め実験等により求めてマップ化しておいても良い。また、燃料噴射量は、排気添加弁２３の開弁時間によって定められるため、本ステップでは排気添加弁２３の開弁時間を求めても良い。
【００３５】
ステップＳ１０３では、排気添加弁２３から燃料が噴射される。すなわち、ステップＳ１０２で算出される量の燃料が排気添加弁２３から噴射される。
【００３６】
このようにして、排気通路４内に直接供給される燃料は軽油のみとすることができる。また、気筒２内へは、軽油又はエマルション燃料のいずれか一方を選択して供給することができる。
【００３７】
すなわち、気筒２内へエマルション燃料を供給してＮＯxやＰＭの発生を抑制しつつ、
排気通路４内へは軽油のみを供給して排気の温度の低下を抑制できる。これにより、排気中の有害物質の量を低減させつつ、燃費を向上させることができる。
【００３８】
また、本実施例では排気添加弁２３からエマルション燃料を供給可能な構成にしても良い。この場合、酸化触媒５やフィルタ６の温度を上昇させる必要のあるときには、排気添加弁２３からエマルション燃料を供給しないで、軽油のみを供給する。
【００３９】
また、制御弁２２を備えないで筒内噴射弁１０に対して常にエマルション燃料を供給する場合であっても、排気添加弁２３からは軽油のみを噴射させることができる。
【符号の説明】
【００４０】
１     内燃機関
２     気筒
３     吸気通路
４     排気通路
５     酸化触媒
６     パティキュレートフィルタ
１０   筒内噴射弁
１４   エマルション燃料通路
１５   ミキサ
１６   軽油通路
１７   水通路
１８   軽油タンク
１９   軽油ポンプ
２０   水タンク
２１   水ポンプ
２２   制御弁
２３   排気添加弁
２４   分岐通路
３１   クランクポジションセンサ
【図１】
2011149350.tif 000003
【図２】
2011149350.tif 000004