(57)【要約】【課題】エマルジョン燃料を用いる内燃機関において、高いエミッション低減効果を維持しつつ金属部分の腐食を抑制することができる内燃機関の燃料供給装置および内燃機関を提供する。【解決手段】エンジンシステム１は、高圧燃料ポンプ４１のハウジング４１９に、エマルジョン燃料から水を分離して貯蔵し、貯蔵した水を放出可能な貯水部材７０を設けることで、フラッシング運転を実行することなく、内燃機関の停止中に燃料供給装置の金属部分が水に曝されることを抑制することができる。よって、エマルジョン燃料を用いる内燃機関において、高いエミッション低減効果を維持しつつ金属部分の腐食を抑制することができる。【選択図】  図２
2011122496.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料と水とを混合してエマルジョン化させた混合燃料を燃料噴射装置に供給可能な内燃機関の燃料供給装置であって、
前記混合燃料の供給源から供給される混合燃料を前記燃料噴射装置に圧送する圧送手段と、
前記圧送手段によって前記燃料噴射装置に圧送されなかった混合燃料の少なくとも一部を貯留する貯留部と、
前記貯留部に貯留される混合燃料中の水を貯蔵し、貯蔵した前記水を放出可能な貯水手段と、
前記貯水手段が貯蔵した水を放出させる放水手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
【請求項２】
燃料の供給源から前記貯水手段へ所定の圧力で燃料を供給する燃料供給手段を備え、
前記放水手段は、前記燃料供給手段が供給する燃料の圧力によって前記貯水手段が貯蔵した水を押し出して放出させることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の燃料供給装置。
【請求項３】
前記貯水手段は、圧縮力の付加によって変形可能であり、
前記放水手段は、前記貯水手段に圧縮力を付加して変形させることにより貯蔵した水を放出させることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の燃料供給装置。
【請求項４】
燃料の供給源から前記貯水手段へ所定の圧力で燃料を供給する燃料供給手段と、
前記貯水手段の圧縮方向に移動可能なピストンと、を備え、
前記放水手段は、前記燃料供給手段が供給する燃料の圧力によって前記ピストンを前記貯水手段の圧縮方向に移動させることにより前記貯水手段に圧縮力を付加することを特徴とする請求項３記載の内燃機関の燃料供給装置。
【請求項５】
前記燃料供給手段によって供給される燃料の圧力を任意に調整する燃料圧力調整手段を備え、
前記放水手段は、前記燃料圧力調整手段による燃料の圧力の調整に基づいて、前記貯水手段が貯蔵した水を放出させる速度を制御することを特徴とする請求項２または４記載の内燃機関の燃料供給装置。
【請求項６】
前記放水手段は、前記内燃機関が運転中であって、かつ前記内燃機関の温度が所定温度以上の場合に、前記貯水手段が貯蔵した水を放出させることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の内燃機関の燃料供給装置。
【請求項７】
前記貯水手段が放出する水を含む混合燃料および燃料の少なくとも一部を混合燃料調製部へ導入可能な戻し流路を備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の内燃機関の燃料供給装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項記載の内燃機関の燃料供給装置を備える内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃料供給装置および内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関、特にディーゼル機関において、燃料中に所定量の水を混合分散させた油中水滴型エマルジョン燃料（以下、エマルジョン燃料と略記する）を用いる技術が広く知られている（例えば、特許文献１および２参照）。このようなエマルジョン燃料を用いることで、エマルジョン燃料中の水の気化潜熱によって燃焼温度が低下するために、内燃機関のＮＯｘ生成量の大幅な低減を図ることができる。また、エマルジョン燃料を用いることで、エマルジョン燃料中の水が急激に沸騰することにより噴射燃料が微粒化されて燃焼効率が高まるために、内燃機関のスモーク発生量の低減を図ることができる。
【０００３】
エマルジョン燃料を用いる内燃機関は、エマルジョン燃料に含まれる水によって各部品の金属部分が腐食する、すなわち、金属部分に錆が発生する場合がある。特に、燃料供給システム関連の部品は、機関の運転中・停止中を問わず常にエマルジョン燃料に曝されるために、その金属部分に錆が発生し易い、といった問題がある。
【０００４】
このような問題に対して、燃料と水を噴射する噴射ノズルと、水を高圧状態にして噴射ノズルに供給する水供給ポンプと、噴射される水に含まれる酸素量を低減する脱酸素装置とを設けることにより、水中の酸素量を低減させて水供給ラインや噴射ノズルにおける錆の発生を抑制する技術が特許文献３に開示されている。
【０００５】
また、エマルジョン燃料を用いる内燃機関において、内燃機関の停止時に水タンクの可変流量制御弁を閉じて水の供給を停止し、リターン通路中の切換え弁を開いてバイパス通路を介して燃料噴射弁からの戻り燃料を軽油タンクへ戻すことにより、内燃機関の停止後の燃料噴射弁等にエマルジョン燃料を残存させない技術が特許文献４に開示されている。
【０００６】
更に、その他本発明と関連性があると考えられる技術が特許文献５に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０７−１０９４７５号公報
【特許文献２】特開２００４−０６８６１９号公報
【特許文献３】特開平１０−０４７１６８号公報
【特許文献４】特開２００２−１３８８７０号公報
【特許文献５】特開２００２−２０２０１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献３の技術によれば、水に含まれる酸素量を低減することで金属部分への錆の発生をある程度抑制することができるが、水供給システムが常に水に曝されるために、必ずしも金属部分への錆の発生を防止できるわけではない、といった問題点がある。
また、特許文献４の技術によれば、燃料噴射弁等から確実にエマルジョン燃料を排除するために、内燃機関の運転停止前に充分な時間をかけて燃料（軽油）を用いた運転（いわゆるフラッシング運転）を実行することが要求される。そのため、特許文献４の技術では、機関の停止前のフラッシング運転によって、エマルジョン燃料を用いることで得られる内燃機関のエミッション低減効果や燃費低減効果が大幅に減少してしまう、といった問題点がある。
【０００９】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、エマルジョン燃料を用いる内燃機関において、高いエミッション低減効果を維持しつつ金属部分の腐食を抑制することができる内燃機関の燃料供給装置および内燃機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の内燃機関の燃料供給装置は、燃料と水とを混合してエマルジョン化させた混合燃料を燃料噴射装置に供給可能な内燃機関の燃料供給装置であって、前記混合燃料の供給源から供給される混合燃料を前記燃料噴射装置に圧送する圧送手段と、前記圧送手段によって前記燃料噴射装置に圧送されなかった混合燃料の少なくとも一部を貯留する貯留部と、前記貯留部に貯留される混合燃料中の水を貯蔵し、貯蔵した前記水を放出可能な貯水手段と、前記貯水手段が貯蔵した水を放出させる放水手段と、を備えることを特徴とする。
上記の構成により、燃料供給装置に貯留される混合燃料から水を分離して貯蔵し、必要に応じて貯蔵した水を放出することができるために、フラッシング運転を実行することなく、内燃機関の停止中に燃料供給装置の金属部分が水に曝されることを抑制することができる。よって、エマルジョン燃料を用いる内燃機関において、高いエミッション低減効果を維持しつつ金属部分の腐食を抑制することができる。
【００１１】
特に、本発明の内燃機関の燃料供給装置は、燃料の供給源から前記貯水手段へ所定の圧力で燃料を供給する燃料供給手段を備え、前記放水手段が、前記燃料供給手段が供給する燃料の圧力によって前記貯水手段が貯蔵した水を押し出して放出させる構成とすることができる。
上記の構成により、必要に応じて貯水手段が貯蔵した水を燃料の圧力によって放出させることができるために、貯水手段の貯水能力を維持することができる。よって、エマルジョン燃料を用いる内燃機関において、高いエミッション低減効果を維持しつつ金属部分の腐食を抑制することができる。
【００１２】
また、本発明の内燃機関の燃料供給装置は、前記貯水手段が、圧縮力の付加によって変形可能であり、前記放水手段が、前記貯水手段に圧縮力を付加して変形させることにより貯蔵した水を放出させる構成とすることができる。
上記の構成により、必要に応じて貯水手段に圧縮力を付加することで貯蔵した水を放出させることができるために、貯水手段の貯水能力を維持することができる。よって、エマルジョン燃料を用いる内燃機関において、高いエミッション低減効果を維持しつつ金属部分の腐食を抑制することができる。
【００１３】
そして、本発明の内燃機関の燃料供給装置は、燃料の供給源から前記貯水手段へ所定の圧力で燃料を供給する燃料供給手段と、前記貯水手段の圧縮方向に移動可能なピストンと、を備え、前記放水手段が、前記燃料供給手段が供給する燃料の圧力によって前記ピストンを前記貯水手段の圧縮方向に移動させることにより前記貯水手段に圧縮力を付加する構成とすることができる。
上記の構成により、簡略な構成でより確実に貯水手段に圧縮力を付加することができるために、貯水手段の貯水能力を維持することができるうえに、エネルギー効率やコスト面で大きな利点を享受することができる。
【００１４】
更に、本発明の内燃機関の燃料供給装置は、前記燃料供給手段によって供給される燃料の圧力を任意に調整する燃料圧力調整手段を備え、前記放水手段が、前記燃料圧力調整手段による燃料の圧力の調整に基づいて、前記貯水手段が貯蔵した水を放出させる速度を制御する構成とすることができる。
上記の構成により、内燃機関の運転状況に応じて貯蔵した水を放出する速度を任意に制御することができることから、高いエミッション低減効果を維持することができる。
【００１５】
また、本発明の内燃機関の燃料供給装置は、前記放水手段が、前記内燃機関が運転中であって、かつ前記内燃機関の温度が所定温度以上の場合に、前記貯水手段が貯蔵した水を放出させる構成とすることができる。
上記の構成により、内燃機関が始動および暖機運転を経て燃焼が安定した後に貯水手段が貯蔵した水を放出させることができる。
【００１６】
そして、本発明の内燃機関の燃料供給装置は、前記貯水手段が放出する水を含む混合燃料および燃料の少なくとも一部を混合燃料調製部へ導入可能な戻し流路を備える構成とすることができる、
上記の構成により、貯水手段が放出する水を含む混合燃料および燃料の少なくとも一部を、戻し流路を通じて混合燃料調製部に導入して混合燃料の調製に用いることができる。
【００１７】
更に、本発明の内燃機関は、請求項１から７のいずれか１項記載の内燃機関の燃料供給装置を備える構成とすることができる。
上記の構成により、エマルジョン燃料を用いる内燃機関において、高いエミッション低減効果を維持しつつ金属部分の腐食を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の燃料供給装置および内燃機関によれば、フラッシング運転を実行することなく、内燃機関の停止中に燃料供給装置の金属部分が水に曝されることを抑制することができる。よって、エマルジョン燃料を用いる内燃機関において、高いエミッション低減効果を維持しつつ金属部分の腐食を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施例のエンジンシステムの一構成例を示した図である。
【図２】高圧燃料ポンプの概略構成を示した構成図である。
【図３】高圧燃料ポンプの概略構成を示した構成図である。
【図４】高圧燃料ポンプの概略構成を示した構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例１】
【００２１】
本発明の実施例１について図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の内燃機関の燃料供給装置を搭載したエンジンシステム１の一構成例を示した図である。なお、図１にはエンジンの一部の構成のみを示している。
【００２２】
図１に示すエンジンシステム１は、動力源であるエンジン１００を備えており、エンジン１００の運転動作を総括的に制御するエンジンＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）１０を備えている。また、エンジンシステム１は、エマルジョン燃料を調整する混合燃料調製システム２０を備えている。そして、エンジンシステム１は、高圧燃料ポンプ４１内部のハウジング４１９に貯水部材７０を備えている。
【００２３】
エンジン１００は、車両に搭載される多気筒ディーゼルエンジンであって、各気筒は燃焼室を構成するピストンを備えている。各燃焼室のピストンは、エンジン１００のシリンダに摺動自在に嵌合されており、それぞれコネクティングロッドを介して出力軸部材であるクランクシャフトに連結されている。
エンジンＥＣＵ１０は、エアフロメータからの吸入空気量、クランク角センサからのピストンの位置等の情報に基づき、燃料の噴射量および噴射タイミングを決定しインジェクタ３１に信号を送る。インジェクタ３１は、エンジンＥＣＵ１０信号に従って、指示された燃料噴射量および噴射タイミングで燃焼室内に燃料を噴射する。インジェクタ３１より噴射された燃料は、燃焼室内で霧化し、吸気弁の開弁に伴って燃焼室内へ流入する吸入空気と混合気を形成する。そして、混合気は、ピストンの上昇運動により燃焼室内で圧縮されて着火することで燃焼し、燃焼室内を膨張させてピストンを下降させる。この下降運動がコネクティングロッドを介してクランクシャフトの軸回転に変更されることにより、エンジン１００は動力を得る。この場合、エンジン１００は、軽油を燃料とするディーゼルエンジンが好ましいが、それに限定されない。
なお、エンジン１００は、本発明の内燃機関の一構成例である。
【００２４】
エンジン１００の各気筒の燃焼室には、それぞれの燃焼室と連通する吸気マニホルド１１が接続されている。吸気マニホルド１１は、エアフロメータ、吸気絞り弁１２、インタークーラ、ターボチャージャ１４のコンプレッサを介してエアクリーナに連結されており、エンジン１００の外部から取り込まれた吸入空気を燃焼室内へ導入する。
エアフロメータは、吸気マニホルド１１内を通過する吸入空気量を検出し、検出結果をエンジンＥＣＵ１０に送信する。エンジンＥＣＵ１０は、送信された検出結果に基づいて燃焼室へ導入される吸入空気量を認識し、吸気絞り弁１２の開度を調整してエンジン１００の運転に必要な吸入空気を燃焼室へ取り込む。
吸気絞り弁１２は、ステップモータによって開度を調整することで吸入空気量を調節する構成が好ましいが、吸気絞り弁１２の開度を任意に変更可能なその他の機構を適用してもよい。
【００２５】
更に、エンジン１００の各気筒の燃焼室には、それぞれの燃焼室と連通する排気マニホルド１３が接続されている。排気マニホルド１３は、ターボチャージャ１４の排気タービンを介して排気浄化装置１５に連結されており、燃焼後の排気ガスをエンジン１００の外部へと排出させる。
ターボチャージャ１４は、排気ガスの運動エネルギーを利用して排気タービンを回転させ、エアクリーナを通過した吸入空気を圧縮してインタークーラへと送り込む。圧縮された吸入空気は、インタークーラで冷却された後に吸気絞り弁１２を介して吸気マニホルド１１へと導入される。この場合、エンジン１００は、ターボチャージャ１４を備える過給機付エンジンに限られず、自然吸気（Ｎａｔｕｒａｌ  Ａｓｐｉｒａｔｉｏｎ）エンジンであってもよい。
排気浄化装置１５は、エンジン１００の排ガスを浄化するために用いられるもので、エンジン１００が排出する煤や粒子状物質（ＰＭ）を捕集するＤＰＦと、排気ガス中のＮＯｘ、ＨＣおよびＣＯを浄化する浄化触媒とで構成される。
【００２６】
吸気マニホルド１１と排気マニホルド１３とは、排気ガス導入通路１６によって連通されている。排気ガス導入通路１６へと分岐した排気ガスは、ＥＧＲバルブ１７にて流量を調節されつつ吸気マニホルド１１へ進み、吸入空気とともに燃焼室内へ導入されて噴射燃料と混合される。ＥＧＲバルブ１７は、エンジンＥＣＵ１０の指令に従ってバルブ開度を調節することで、吸気マニホルド１１への排気ガスの還流供給量を適切な量へと調節する。このように、運転状態に応じた適切な量のＥＧＲガスを吸気マニホルド１１に還流供給することにより、エンジン１００の燃焼温度を低下させてＮＯｘ排出量の低減を図ることができる。
【００２７】
エンジン１００は、後述する燃料噴射システムに供給するエマルジョン燃料を調製するための混合燃料調製システム２０を備えている。混合燃料調製システム２０は、燃料タンク２１、水タンク２２、乳化剤タンク２３、撹拌機２４およびエマルジョン燃料タンク２５等より構成される。
【００２８】
燃料タンク２１、水タンク２２および乳化剤タンク２３は、夫々その内部に給油された燃料（軽油）、軽油に混合するための水、軽油と水との親和力を高めるための乳化剤、を貯蔵するものである。これらタンクは、各々流量制御弁２６〜２８を介してエマルジョン燃料タンク２５に連通している。エンジンＥＣＵ１０は、各種センサの検出結果からエンジン１００の運転状況を認識し、認識した運転状況に基づいて流量制御弁２６〜２８の開度を調整することでエマルジョン燃料タンク２５への軽油、水および乳化剤の導入量を制御する。エマルジョン燃料は、流量制御弁２６〜２８の開度の調整によって水の含有率を０％から５０％の範囲で任意に設定することができる。乳化剤は、水タンク２２からの水の導入量に比例した量にて乳化剤タンク２３より導入される。
この場合、水タンク２２に貯蔵される水は、外部から給水されるものに限られず、雨水をろ過したものであってもよい。また、乳化剤タンク２３に貯蔵される乳化剤は、軽油と水との親和力を高めるために一般的に用いられる界面活性剤等を適用することができる。
【００２９】
撹拌機２４は、エマルジョン燃料タンク２５内に導入された軽油、水および乳化剤を撹拌することでエマルジョン化させる。撹拌機２４は、エンジンＥＣＵ１０の指令に従って撹拌速度［ｒｐｍ］を任意に調整できる構成であり、例えば、乳化剤の導入量に比例するよう撹拌速度を制御される。撹拌機２４は、エンジン１００の仕様に応じて適切な撹拌能力のものを適用するが、その撹拌能力が高い場合には乳化剤を用いずにエマルジョン燃料を調製する場合もある。
調製されたエマルジョン燃料はエマルジョン燃料タンク２５に貯蔵されて、低圧燃料ポンプ３３により吸引されて高圧燃料ポンプ４１へ導入される。
なお、混合燃料調製システム２０は、本発明の混合燃料調製部の一構成例である。
【００３０】
そして、エンジン１００は、インジェクタ３１、コモンレール３２、高圧燃料ポンプ４１、低圧燃料ポンプ３３、軽油ポンプ３４等より構成されるコモンレール式燃料噴射システムを備えている。以下にその構成を説明する。
【００３１】
混合燃料調製システム２０にて調製されたエマルジョン燃料は、エマルジョン燃料タンク２５より低圧燃料ポンプ３３により吸引され、高圧燃料ポンプ４１にてコモンレール３２へ高圧で吐出し蓄圧される。
コモンレール３２は、インジェクタ３１に供給する高圧燃料を蓄圧する容器である。高圧燃料ポンプ４１から圧送されたエマルジョン燃料は、コモンレール３２内で噴射に必要な圧力まで蓄圧され、高圧配管を通じて各燃焼室のインジェクタ３１に供給される。また、コモンレール３２にはレール圧センサ３２１および減圧弁３２２が設けられている。エンジンＥＣＵ１０は、レール圧センサ３２１から出力されたコモンレール３２内部の燃圧が規定値を超えた場合に、減圧弁３２２を開放するように指示する。そして、減圧弁３２２よりエマルジョン燃料を排出することで、コモンレール圧が常に規定値以下になるよう調整する。減圧弁３２２より排出されたエマルジョン燃料は、リリーフ配管を通ってエマルジョン燃料タンク２５へと戻される。
なお、コモンレール３２は、本発明の燃料噴射装置の一構成例である。
【００３２】
各燃焼室には、それぞれインジェクタ３１が装着されている。コモンレール３２より高圧配管を通じて供給されたエマルジョン燃料は、エンジンＥＣＵ１０の指示によりインジェクタ３１にてエンジン気筒内の燃焼室に噴射供給される。エンジンＥＣＵ１０は、エアフロメータからの吸入空気量、およびクランク角センサからのピストンの位置の情報等に基づき、燃料噴射量と噴射タイミングを決定しインジェクタ３１に信号を送る。インジェクタ３１はエンジンＥＣＵ１０の信号に従って、指示された燃料噴射量・噴射タイミングにて燃焼室内へエマルジョン燃料を高圧噴射する。インジェクタ３１のリーク燃料は、リリーフ配管を通じてエマルジョン燃料タンク２５へと戻される。この場合、インジェクタ３１は、エンジン１００の仕様に応じて燃焼室の任意の位置に装着することができる。
なお、インジェクタ３１は、本発明の燃料噴射装置の一構成例である。
【００３３】
低圧燃料ポンプ３３は、バッテリからの電力で駆動する電動式ポンプである。低圧燃料ポンプ３３は、エンジンＥＣＵ１０の指示に従ってエマルジョン燃料タンク２５に貯蔵されたエマルジョン燃料を汲み上げて、高圧燃料ポンプ４１のエマルジョン燃料流路４１１へと供給する。
また、軽油ポンプ３４は、低圧燃料ポンプ３３と同様の電動式ポンプであって、燃料タンク２１に貯蔵された軽油を汲み上げて、高圧燃料ポンプ４１の燃料流路４１２へと所定の圧力にて供給する。軽油ポンプ３４は、エンジンＥＣＵ１０の指示に従って、供給する軽油を任意の圧力および油量に調節する。この場合、軽油ポンプ３４を設けずに、低圧燃料ポンプ３３が燃料流路４１２への軽油の供給を兼ねる構成であってもよい。
なお、軽油ポンプ３４は、本発明の燃料供給手段および燃料圧力調整手段の一構成例である。
【００３４】
図２は、高圧燃料ポンプ４１の概略構成を示した構成図である。高圧燃料ポンプ４１は、その内部にシリンダ４１３と、シリンダ４１３内を往復運動するプランジャ４１４とを備えている。高圧燃料ポンプ４１は、内部に備えたカムシャフト４１５がエンジン１００の回転と同期した吸気カムシャフトと駆動連結されており、吸気カムシャフトの回転駆動およびスプリング４１６の付勢力によってプランジャ４１４が往復運動する構成である。
低圧燃料ポンプ３３からエマルジョン燃料流路４１１を通じて供給されたエマルジョン燃料は、導入側逆支弁４１７を介してシリンダ４１３内に導入される。シリンダ４１３内に導入されたエマルジョン燃料は、プランジャ４１４の圧縮側への運動によって加圧され、吐出側逆支弁４１８を介してコモンレール３２に圧送される。つづいて、プランジャ４１４が膨張側へ運動すると、低圧燃料ポンプ３３から供給されたエマルジョン燃料が再び導入側逆支弁４１７を介してシリンダ４１３内に導入される。エンジン１００の運転中は、これら一連の動作が継続されるために、コモンレール３２には常に高圧のエマルジョン燃料が供給される。
なお、エマルジョン燃料流路４１１、シリンダ４１３、プランジャ４１４、カムシャフト４１５、スプリング４１６、導入側逆支弁４１７および吐出側逆支弁４１８は、本発明の圧送手段の一構成例である。
【００３５】
シリンダ４１３とプランジャ４１４とのクリアランスから漏れ落ちたエマルジョン燃料は、ハウジング４１９に貯留される。ハウジング４１９には、エマルジョン燃料から分離した水、軽油ポンプ３４から供給される軽油等がエマルジョン燃料とともに貯留される。ハウジング４１９には、燃料流路４１２およびリターン流路４２０が連結しており、貯水部材７０が設けられている。
なお、ハウジング４１９は、本発明の貯留部の一構成例である。
【００３６】
燃料流路４１２は、軽油ポンプ３４から所定圧力にて供給される軽油をカムシャフト４１５の摺動部へ導入することで、摺動部の焼付きを抑制する。更に、燃料流路４１２は、軽油ポンプ３４から所定圧力にて供給される軽油をハウジング４１９に設けられた貯水部材７０へ導入する。
【００３７】
リターン流路４２０は、燃料流路４１２と略対向の位置に連結されており、ハウジング４１９とエマルジョン燃料タンク２５とを連通する。軽油ポンプ３４から燃料流路４１２を通じて軽油が供給されると、その供給圧力によってハウジング４１９に貯留されているエマルジョン燃料、水、軽油等がリターン流路４２０を通じてエマルジョン燃料タンク２５へ導入される。リターン流路４２０には、エマルジョン燃料タンク２５に導入されるエマルジョン燃料、水、軽油等がハウジング４１９に戻らないよう、その途中に図示しない逆支弁が設けられている。
なお、リターン流路４２０は、本発明の戻し流路の一構成例である。
【００３８】
貯水部材７０は、ハウジング４１９に設けられた多孔性部材である。貯水部材７０は、多孔体の表層部分に親水処理が施されており、ハウジング４１９に貯留されるエマルジョン燃料から水を選択的に分離して内部に貯蔵する。そのため、フラッシング運転を実行することなく、エンジン１００の停止中に高圧燃料ポンプ４１の金属部分が水に曝されることを抑制することができる。
貯水部材７０は、外部より圧縮力を付加されることで変形可能な構成であって、例えば、ポリウレタン等のプラスチックを発泡成形したものを適用するが、これに限られず、貯水可能な種々の構造および材料を適用することができる。また、多孔体の表層部分への親水処理は、例えば親水性膜のコーティングや放電処理など、一般的に行われる親水処理を適用することができる。
【００３９】
ハウジング４１９に貯留されるエマルジョン燃料、水および軽油は、軽油の比重が０．８０〜０．８７であるために、より重い水がハウジング４１９の底部付近に存在する。そのため、貯水部材７０は、ハウジング４１９の底面を覆うように設けられることが好ましい。また、貯水部材７０の体積は、エンジン１００の運転停止時にハウジング４１９に貯留されるエマルジョン燃料中の水をすべて貯水可能な充分な体積であって、予め台上試験等にて求めた体積を適用することができる。
【００４０】
貯水部材７０は、軽油ポンプ３４から燃料流路４１２を通じて軽油が所定の圧力以上で供給されると、その供給圧力によって内部に貯蔵した水がリターン流路４２０側へ押し出されて軽油と置き換わる構成である。水と置き換わった軽油は、貯水部材７０と反発して外部へ滲出する。これによって、貯水部材７０の内部に再び水が貯蔵可能となる。
なお、貯水部材７０は、本発明の貯水手段の一構成例である。
【００４１】
エンジンＥＣＵ１０は、演算処理を行うＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）と、プログラム等を記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）と、データ等を記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）やＮＶＲＡＭ（Ｎｏｎ  Ｖｏｌａｔｉｌｅ  ＲＡＭ）と、を備えるコンピュータである。エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００の各部に備えられた複数のセンサの検出結果を読み込み、それら検出結果に基づいてエンジン１００の運転動作を統合的に制御する。
【００４２】
また、エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００の運転状況に基づいて、流量制御弁２６〜２８の開度、撹拌機２４の回転数等を制御することで、エンジン１００の運転に適したエマルジョン燃料を調製する。
この制御を実行することで、あらゆる運転状況においてエンジン１００の運転に適した水分量のエマルジョン燃料を燃料噴射システムに供給することができる。よって、高い燃費向上効果およびエミッション低減効果を得ることができる。
【００４３】
そして、エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００が始動および暖機運転を経て燃焼が安定した後に、貯水部材７０が貯蔵する水を放出させる制御を実行する。
エンジンＥＣＵ１０は、イグニッションスイッチがＯＮされてエンジン１００が始動されるとエンジン１００の水温の検出を開始する。そして、エンジンＥＣＵ１０は、水温の検出結果が機関の暖機運転完了と判断できる所定温度以上（例えば、６５℃）になると、軽油ポンプ３４に指令して貯水部材７０へ所定の圧力以上にて軽油を導入させて、貯水部材７０が貯蔵した水を放出させる。ここで、所定の圧力とは、貯水部材７０が内部に貯蔵する水を外部へ押し出すのに充分な圧力であって、予め台上試験等にて求めた圧力を適用することができる。
この制御を実行することで、エンジン１００の停止中に貯水部材７０が貯蔵した水を放出させることができることから、貯水部材７０の貯水能力を維持することができる。
また、貯水部材７０から放出された水は、リターン流路４２０を通じてエマルジョン燃料タンク２５へ導入されるために、タンク内のエマルジョン燃料の水含有率が一時的に向上する。そのため、エンジン１００が始動および暖機運転を経て燃焼が安定した後に貯水部材７０から水を放出させることで、エンジン１００の失火やエミッションの悪化を抑制することができる。この場合、エンジンＥＣＵ１０は、水温の検出結果に限られず、他のパラメータに基づいてエンジン１００の温度を認識して暖機運転の完了を判断してもよい。
【００４４】
更に、エンジンＥＣＵ１０は、貯水部材７０から水を放出させる際に、エンジン１００の運転状況に基づき貯水部材７０へ導入する軽油の圧力を調整する制御を実行する。
エンジンＥＣＵ１０は、各種センサの検出結果からエンジン１００の運転状況を認識し、軽油ポンプ３４に運転動作を指令する。軽油ポンプ３４は、エンジンＥＣＵ１０の指示に従って貯水部材７０に供給する軽油の圧力を調節し、貯水部材７０が水を放出する速度を任意に制御する。
上記のように、貯水部材７０から水が放出されると、エマルジョン燃料タンク２５内のエマルジョン燃料の水含有率が一時的に向上する。そのため、エンジン１００の運転状況に基づいて貯水部材７０からの水の放出速度を制御することで、あらゆる運転状況においてエンジン１００の運転に適した水分量のエマルジョン燃料を燃料噴射システムに供給することができる。
【００４５】
エンジンＥＣＵ１０は、貯水部材７０が水の放出を完了したと判断すると、軽油ポンプ３４に指令して供給する軽油の圧力を低下させて、貯水部材７０の内部から軽油を放出させる。貯水部材７０が水の放出を完了したか否かは、例えば、軽油ポンプ３４が供給する軽油の圧力および時間に基づいて判断することができる。
この場合、エンジンＥＣＵ１０は、貯水部材７０からの水の放出速度に応じて流量制御弁２６〜２８の開度、撹拌機２４の回転数等を制御し、エンジン１００の運転に適したエマルジョン燃料の調製を実行する。また、エンジンＥＣＵ１０は、貯水部材７０からの水の放出速度に応じて燃料噴射期間およびタイミング、ＥＧＲバルブ１７の開度等を制御し、エンジン１００の失火やエミッションの悪化等を抑制する。
【００４６】
以上のように、本実施例のエンジンシステムは、高圧燃料ポンプのハウジングに、エマルジョン燃料から水を分離して貯蔵し、貯蔵した水を放出可能な貯水部材を設けることで、フラッシング運転を実行することなく、内燃機関の停止中に燃料供給装置の金属部分が水に曝されることを抑制することができる。よって、エマルジョン燃料を用いる内燃機関において、高いエミッション低減効果を維持しつつ金属部分の腐食を抑制することができる。
【実施例２】
【００４７】
つづいて、本発明の実施例２について説明する。本実施例のエンジンシステム２は、高圧燃料ポンプ４１に代えて、高圧燃料ポンプ５１を備える点でエンジンシステム１と相違している。
【００４８】
本実施例のエンジンシステム２は、実施例１と同様に、エンジンＥＣＵ１０、および混合燃料調製システム２０を備えている。これにより、エンジン２００の運転状況に基づいて、流量制御弁２６〜２８の開度、撹拌機２４の回転数等を制御することで、エンジン２００の運転に適したエマルジョン燃料を調製する。
更に、エンジンシステム２は、貯水部材７０とピストン５１２とを収納するホルダ５１１を設けた高圧燃料ポンプ５１を備えている。
【００４９】
つづいて、高圧燃料ポンプ５１について詳細に説明する。図３は、高圧燃料ポンプ５１の概略構成を示した構成図である。なお、実施例１と同様の構成要素については、図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００５０】
ホルダ５１１は、ハウジング５１５に隣接して設けられており、流路５１４によってハウジング５１５と連通している。また、ホルダ５１１には、燃料流路５１３が連結しており、燃料流路５１３を通じて軽油ポンプ３４から軽油が供給される。ホルダ５１１は、流路５１４側に貯水部材７０を収納し、燃料流路５１３側にピストン５１２を収納している。
ハウジング５１５に貯留されたエマルジョン燃料は、流路５１４を通じてホルダ５１１内部に浸入する。貯水部材７０は、ホルダ５１１内部に浸入したエマルジョン燃料から水を選択的に分離して内部に貯蔵する。そのため、フラッシング運転を実行することなく、エンジン２００の停止中に高圧燃料ポンプ５１の金属部分が水に曝されることを抑制することができる。この場合、流路５１４は、ハウジング５１５の底部付近のエマルジョン燃料をホルダ５１１に導入可能に設けられることが好ましい。
【００５１】
ピストン５１２は、ホルダ５１１内を燃料流路５１３方向および流路５１４方向へ移動可能に収納されている。ピストン５１２は、軽油ポンプ３４から燃料流路５１３を通じて軽油が所定の圧力以上で供給されると、その供給圧力によって流路５１４方向へ移動することで貯水部材７０に圧縮力を付加する。貯水部材７０は、ピストン５１２による圧縮力の付加によって圧縮方向へ変形し、内部に貯蔵した水を流路５１４方向へ放出する。放出された水は、ハウジング５１５に連結されたリターン流路４２０を通じてエマルジョン燃料タンク２５へ導入される。そして、ピストン５１２は、燃料流路５１３を通じて供給される軽油の圧力が低下して貯水部材７０の復元力が勝ると、その復元力によって燃料流路５１３方向へ移動する。これによって、貯水部材７０の内部に再び水が貯蔵可能となる。
このように、実施例２における高圧燃料ポンプ５１は、簡略な構成でより確実に貯水手段に圧縮力を付加することができる。
【００５２】
燃料流路５１３を通じてホルダ５１１に供給された軽油は、ホルダ５１１とピストン５１２とのクリアランスから漏れ出て貯水部材７０に到達する。そして、流路５１４を通じてハウジング５１５に貯留されて、リターン流路４２０を通じてエマルジョン燃料タンク２５へ導入される。
【００５３】
エンジンＥＣＵ１０の制御の流れに沿って、エンジンシステム２の動作を説明する。エンジンＥＣＵ１０は、エンジン２００が始動および暖機運転を経て燃焼が安定した後に、軽油ポンプ３４に指令してホルダ５１１へ所定の圧力以上にて軽油を導入させて、ピストン５１２を流路５１４方向へ移動させる。ここで、所定の圧力とは、ホルダ５１１内のピストン５１２が貯水部材７０を圧縮方向に変形させるのに充分な圧縮力を付加できる圧力であって、予め台上試験等にて求めた圧力を適用することができる。
この場合、エンジンＥＣＵ１０は、実施例１と同様にエンジン２００の運転状況に基づきホルダ５１１へ導入する軽油の圧力を調整し、貯水部材７０が水を放出する速度を任意に制御する。
【００５４】
エンジンＥＣＵ１０は、貯水部材７０が水の放出を完了したと判断すると、軽油ポンプ３４に指令して供給する軽油の圧力を貯水部材７０の復元力未満に低下させて、ピストン５１２を燃料流路５１３方向へ移動させる。貯水部材７０が水の放出を完了したか否かは、例えば、軽油ポンプ３４が供給する軽油の圧力および時間に基づいて判断することができる。
【００５５】
以上のように、本実施例のエンジンシステムは、高圧燃料ポンプ内に貯水部材とピストンとを収納するホルダを設けて、ピストンによる圧縮力の付加によって貯水部材を変形させて貯蔵する水を放出させることができる。よって、簡略な構成でより確実に貯水手段に圧縮力を付加することができるために、貯水手段の貯水能力を維持することができるうえに、エネルギー効率やコスト面で大きな利点を享受することができる。
【実施例３】
【００５６】
つづいて、本発明の実施例３について説明する。本実施例のエンジンシステム３は、高圧燃料ポンプ４１および５１に代えて、高圧燃料ポンプ６１を備える点でエンジンシステム１、２と相違している。
【００５７】
本実施例のエンジンシステム３は、実施例１、２と同様に、エンジンＥＣＵ１０、および混合燃料調製システム２０を備えている。これにより、エンジン３００の運転状況に基づいて、流量制御弁２６〜２８の開度、撹拌機２４の回転数等を制御することで、エンジン３００の運転に適したエマルジョン燃料を調製する。
更に、エンジンシステム３は、実施例２の高圧燃料ポンプ５１に加えて、ホルダ５１１に連結する燃料流路６１１にリリーフ流路６１２、リリーフ弁６１３、アクチュエータ６１４を設けた高圧燃料ポンプ６１を備えている。
【００５８】
つづいて、高圧燃料ポンプ６１について詳細に説明する。図４は、高圧燃料ポンプ６１の概略構成を示した構成図である。なお、実施例２と同様の構成要素については、図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００５９】
高圧燃料ポンプ６１のホルダ５１１には、その途中にリリーフ流路６１２を備える燃料流路６１１が連結しており、燃料流路６１１を通じて軽油ポンプ３４から軽油が供給される。リリーフ流路６１２は、燃料流路６１１とハウジング５１５とを連通させるもので、燃料流路６１１との分岐部に開閉自在なリリーフ弁６１３が設けられている。リリーフ弁６１３は、アクチュエータ６１４の駆動力によって弁開度が自在に調整可能な構成であって、リリーフ流路６１２への軽油の流量を調整する。リリーフ弁６１３が開放されると、燃料流路６１１を通じて軽油ポンプ３４から供給される軽油の一部がリリーフ流路６１２を通じてハウジング５１５へと流れるために、ホルダ５１１に導入される軽油の圧力がリリーフ弁６１３の閉鎖時よりも低下する。そして、リリーフ弁６１３の開度がより大きくなるほど軽油がリリーフ流路６１２に流れ込む割合が増加するために、ホルダ５１１に導入される軽油の圧力がより低下する。
このように、本実施例のエンジンシステム３は、高圧燃料ポンプ６１に設けられるリリーフ弁６１３の弁開度を調整することでホルダ５１１に導入される軽油の圧力を調整する構成である。そのため、軽油ポンプ３４は、エンジン３００の運転中一定の圧力（例えば、ホルダ５１１内のピストン５１２が貯水部材７０を圧縮方向に変形させるのに充分な圧縮力を付加できる圧力）にて燃料流路６１１を通じて軽油を導入する。
【００６０】
エンジンＥＣＵ１０の制御の流れに沿って、エンジンシステム３の動作を説明する。エンジンＥＣＵ１０は、イグニッションスイッチがＯＮされてエンジン３００が始動されると、アクチュエータ６１４に指令してリリーフ弁６１３を全開させる。これによって、供給される軽油の一部をリリーフ流路６１２に流してホルダ５１１に導入される軽油の圧力を低下させて、ピストン５１２が貯水部材７０を圧縮変形させるのを抑制する。
そして、エンジンＥＣＵ１０は、エンジン３００の水温の検出結果から暖機運転が完了したと判断すると、エンジン３００の運転状況に基づいてアクチュエータ６１４に指令してリリーフ弁６１３の弁開度を調整する。これによって、ホルダ５１１に導入される軽油の圧力を調整してピストン５１２が貯水部材７０に付加する圧縮力を制御することで、貯水部材７０が水を放出する速度を任意に制御する。
【００６１】
エンジンＥＣＵ１０は、貯水部材７０が水の放出を完了したと判断すると、アクチュエータ６１４に指令してリリーフ弁６１３を全開させる。これによって、ホルダ５１１に導入される軽油の圧力を貯水部材７０の復元力未満に低下させて、ピストン５１２を燃料流路６１１方向へ移動させる。貯水部材７０が水の放出を完了したか否かは、例えば、リリーフ弁６１３の弁開度および時間に基づいて判断することができる。
なお、リリーフ流路６１２、リリーフ弁６１３およびアクチュエータ６１４は、本発明の燃料圧力調整手段の一構成例である。
【００６２】
以上のように、本実施例のエンジンシステムは、高圧燃料ポンプ内のホルダに連結する燃料流路にリリーフ流路、リリーフ弁、アクチュエータを設けて、リリーフ弁の弁開度を調整することで貯水部材が水を放出する速度を制御することができる。よって、内燃機関の運転状況に応じて貯蔵した水を放出する速度を任意に制御することができることから、高いエミッション低減効果を維持することができる。
【００６３】
上記実施例は本発明を実施するための一例にすぎない。よって本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００６４】
例えば、貯水部材７０にアクチュエータ等で機械的に圧縮力を付加して変形させることにより、貯水部材７０が貯蔵した水を放出させる構成であってもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１，２，３  エンジンシステム
１０  エンジンＥＣＵ
２０  混合燃料調製システム（混合燃料調製部）
３１  インジェクタ（燃料噴射装置）
３２  コモンレール（燃料噴射装置）
３３  低圧燃料ポンプ
３４  軽油ポンプ（燃料供給手段，燃料圧力調整手段）
４１，５１，６１  高圧燃料ポンプ
７０  貯水部材（貯水手段）
１００，２００，３００  エンジン
【図１】
2011122496.tif 000003
【図２】
2011122496.tif 000004
【図３】
2011122496.tif 000005
【図４】
2011122496.tif 000006