(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水タンクから供給された水分をディーゼル機関の燃料中に供給することで、前記ディーゼル機関の気筒に供給する水供給システムと、前記ディーゼル機関の排気系に設けられ、触媒とフィルタを備えた排気浄化装置とを備えるディーゼル機関システムにおいて、
前記ディーゼル機関の前記排気系に、前記排気浄化装置よりも上流側の部分に配置されて、排気中の水分を排気から分離する水分離装置と、
前記水分離装置によって分離された水分を前記水タンクに戻す水リターン機構と、を備えることを特徴とするディーゼル機関システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼル機関システムに関し、詳しくは、気筒に水分を供給することで排気中のＮＯｘを低減可能なディーゼル機関システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ディーゼル機関から排出される排気中のＮＯｘを低減する手法として、ディーゼル機関の気筒に水分を供給することで、比熱の増加や水の吸熱分解の効果によって燃焼温度を低下させて、ＮＯｘを低減する手法が知られている（例えば特許文献１参照）。具体的には特許文献１には、吸入行程及び圧縮行程の少なくとも一方において、ディーゼル機関の運転状態に応じて気筒に水蒸気を直接供給することで、燃料の燃焼温度を低下させて、ＮＯｘを低減する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１１５７２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記の技術では、気筒内に水分が供給されて気筒から排出される排気中の水分量が増加した場合に、この排気中の水分が凝縮して凝縮水が発生することがある。この結果、この凝縮水によって、排気通路等の排気系が腐食される可能性がある。また、上記の技術の場合、排気中の水分を回収して水タンク（気筒に供給される水分を貯留するためのタンク）に戻す仕組みになっていないので、ユーザは水タンクに水を頻繁に補充する必要がある。
【０００５】
本発明は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、排気中のＮＯｘを低減させることができるとともに、排気系の腐食を低減させつつ水タンクへの水の補充回数を低減させることができるディーゼル機関システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するための本発明のディーゼル機関システムは、水タンクから供給された水分をディーゼル機関の燃料中に供給することで、前記ディーゼル機関の気筒に供給する水供給システムと、前記ディーゼル機関の排気系に設けられ、触媒とフィルタを備えた排気浄化装置とを備えるディーゼル機関システムにおいて、前記ディーゼル機関の前記排気系に、前記排気浄化装置よりも上流側の部分に配置されて、排気中の水分を排気から分離する水分離装置と、前記水分離装置によって分離された水分を前記水タンクに戻す水リターン機構と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係るディーゼル機関システムによれば、水供給システムによってディーゼル機関の気筒に水分が供給されるので、燃焼温度を低下させて、ディーゼル機関から排出される排気中のＮＯｘを低減させることができる。また、水分離装置によって排気中の水分を排気から分離することができるので、この水分離装置より下流の排気中の水分量を低減させて、凝縮水の発生量を低減させることができる。これにより、凝縮水による排気系の腐食を低減させることができる。また、水リターン機構を備えているので、水分離装置によって分離された水分を水タンクに戻すことができる。これにより、水タンクへの水の補充回数を低減させることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ディーゼル機関の気筒に水分を供給してディーゼル機関から排出される排気中のＮＯｘを低減させることができるとともに、排気系の腐食を低減させつつ水タンクへの水の補充回数を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態に係るディーゼル機関システムの構成の概略図である。
【図２】実施形態の変形例１に係るディーゼル機関システムの構成の概略図である。
【図３】実施形態の変形例２に係るディーゼル機関システムの構成の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態に係るディーゼル機関システム１について図面を参照しつつ説明する。図１は本実施形態に係るディーゼル機関システム１の構成を示す概略図である。このディーゼル機関システム１は、車両に搭載されている。この車両の種類は特に限定されるものではないが、本実施形態においては一例としてバス、トラック等の大型車両を用いる。
【００１２】
ディーゼル機関システム１は、ディーゼル機関１０、吸気系２０、排気系３０、燃料供給系４０、制御装置６０、水供給システム７０、水分離装置８０、及び水リターン機構９０を備えている。ディーゼル機関１０は複数の気筒１１を備えている。気筒１１の個数は特に限定されるものではないが、本実施形態では一例として４つである。
【００１３】
吸気系２０は、吸気が通過する吸気通路２１を備えている。吸気通路２１の下流側端部は分岐して各気筒１１の吸気ポートに接続している。排気系３０は、排気が通過する排気通路３１を備えている。排気通路３１の上流側端部は分岐して各気筒１１の排気ポートに接続している。
【００１４】
燃料供給系４０は、燃料タンク４１、燃料通路４２、及び複数個の燃料噴射弁４３を備えている。燃料タンク４１には燃料（本実施形態では軽油）が貯留されている。燃料通路４２は、燃料タンク４１の燃料を各燃料噴射弁４３に供給するための通路である。燃料噴射弁４３は、各気筒１１にそれぞれ配置されており、各気筒１１に向けて燃料を直接噴射する。なお、各燃料噴射弁４３の動作は制御装置６０が制御している。
【００１５】
制御装置６０は、ディーゼル機関システム１を統合的に制御する制御装置である。具体的には、制御装置６０は、各々の燃料噴射弁４３を制御することでディーゼル機関１０の運転状態を制御する。また制御装置６０は、水供給システム７０の制御装置としての機能も兼務している。この制御装置６０は、各種制御処理や演算処理等を実行するＣＰＵと、ＣＰＵの動作に用いられる各種情報を記憶する記憶部としての機能を有するＲＯＭ、ＲＡＭ等とを有するマイクロコンピュータを備えている。
【００１６】
水供給システム７０は、ディーゼル機関１０の気筒１１に水分を供給するためのシステムである。本実施形態に係る水供給システム７０は、ディーゼル機関１０の気筒１１に水分を供給するにあたり、ディーゼル機関１０の具体的には吸気系２０に水分を供給して、吸気によって水分を気筒１１に運搬させている。
【００１７】
より具体的には、水供給システム７０は、水タンク７１、水供給通路７２、及び水供給部７３を備えている。水タンク７１は水を貯留するタンクである。水供給通路７２は、水
タンク７１の水を水供給部７３に供給するための通路である。
【００１８】
水供給部７３は、制御装置６０の指示を受けて作動して、水分を供給する。具体的には本実施形態に係る水供給部７３は、吸気系２０の吸気通路２１の途中、より具体的には吸気通路２１の合流部分（吸気マニホールドよりも上流側の部分）に配置されている。また、水供給部７３は、水を噴霧状にして噴射する噴霧器によって構成されている。この水供給部７３としての噴霧器は、制御装置６０の指示を受けて作動することで、水タンク７１から水供給通路７２を介して供給された水分を吸気通路２１内の吸気に向けて、噴霧状にして供給する。
【００１９】
なお、制御装置６０が水供給部７３から水分を噴射させる時期は特に限定されるものではなく、例えば、ディーゼル機関１０の始動開始とともに所定間隔で繰り返し水分を噴射させてもよく、ディーゼル機関１０の始動後において所定の条件が満たされた場合に所定回数だけ水分を噴射させてもよく、あるいは他の時期に水分を噴射させてもよい。本実施形態に係る制御装置６０は、一例として、ディーゼル機関１０の始動開始とともに所定間隔で繰り返し水分を噴射させている。水供給部７３から吸気通路２１に供給された水分は吸気によって気筒１１に運搬される。以上のようにして本実施形態に係る水供給システム７０は、水分を気筒１１に供給している。
【００２０】
水分離装置８０は、排気系３０に配置されており、排気中の水分を排気から分離する。水分離装置８０の排気系３０への配置箇所は、特に限定されるものではないが、本実施形態に係る水分離装置８０は、一例として、排気通路３１の排気マニホールド（分岐した部分）よりも下流側であって、排気浄化装置（これは触媒やフィルタを備えている）よりも上流側の部分に配置されている。
【００２１】
また水分離装置８０は、容器８１を備えるとともに、この容器８１の内部に、水分離用のセパレータ８２備えている。排気がセパレータ８２を通過することで、排気中の水分はセパレータ８２によって排気から分離されて、容器８１の底部に溜まる。
【００２２】
なお、セパレータ８２としては、排気中の水分を分離することが可能なものであれば特に限定されるものでなく、公知の水分離装置（例えば水滴分離器等）に用いられている水分離用のセパレータを用いることができる。
【００２３】
水リターン機構９０は、水分離装置８０によって分離された水分を水タンク７１に戻す機構である。具体的には本実施形態に係る水リターン機構９０は、水分離装置８０の容器８１の水分が貯留している部分（本実施形態では容器８１の底部）と水タンク７１とを連通する水リターン通路９１を備えている。容器８１の底部に溜まった水は、この水リターン通路９１を通過して水タンク７１内に戻される。
【００２４】
以上説明した本実施形態によれば、水供給システム７０によってディーゼル機関１０に水分が供給されるので、燃焼温度を低下させて、ディーゼル機関１０から排出される排気中のＮＯｘを低減させることができる。また、水分離装置８０によって排気中の水分を排気から分離することができるので、水分離装置８０より下流の排気中の水分量を低減させて、凝縮水の発生量を低減させることができる。これにより、排気通路３１等の排気系３０の腐食を低減させることができる。また、水リターン機構９０を備えているので、水分離装置８０によって分離された水分を水タンク７１に戻すことができる。これにより、ユーザによる水タンク７１への水の補充回数を低減させることができる。
【００２５】
（実施形態の変形例１）
図２は実施形態の変形例１に係るディーゼル機関システム１ａの構成を示す概略図であ
る。本変形例に係るディーゼル機関システム１ａは、水供給システム７０に代えて、水供給システム７０ａを備えている点において、図１に示すディーゼル機関システム１と異なっている。ディーゼル機関システム１ａの他の構成はディーゼル機関システム１と同様であるので、説明は省略する。
【００２６】
水供給システム７０ａは、水タンク７１から供給された水分を各気筒１１内に直接供給するシステムとなっている点において、水供給システム７０と異なっている。具体的には水供給システム７０ａは、水供給部７３に代えて、各気筒１１に配置された水供給部７３ａを備えている点において、水供給システム７０と異なっている。各々の水供給部７３ａは制御装置６０に制御されることで、各気筒１１に向けて水分を直接供給する。なお本変形例に係る水供給部７３ａも、噴霧器によって構成されている。
【００２７】
なお、本変形例に係る水供給部７３ａが水分を供給する時期は特に限定されるものではないが、本変形例においては一例として、ディーゼル機関１０の吸気行程時や圧縮行程の初期に水分を気筒１１に供給している。
【００２８】
本変形例においても、水供給部７３ａから供給された水分によって気筒１１における燃焼温度を低下させて、排気中のＮＯｘを低減させることができる。また、本変形例においても、水分離装置８０によって排気中の水分を排気から分離することができるので、水分離装置８０より下流の排気中の水分量を低減させて、凝縮水の発生量を低減させることができる。これにより、凝縮水による排気系３０の腐食を低減させることができる。また、水リターン機構９０を備えているので、水分離装置８０によって分離された水分を水タンク７１に戻すことができる。これにより、水タンク７１への水の補充回数を低減させることができる。
【００２９】
（実施形態の変形例２）
図３は実施形態の変形例２に係るディーゼル機関システム１ｂの構成を示す概略図である。本変形例に係るディーゼル機関システム１ｂは、水供給システム７０に代えて、水供給システム７０ｂを備えている点において、図１に示すディーゼル機関システム１と異なっている。ディーゼル機関システム１ｂの他の構成はディーゼル機関システム１と同様であるので、説明は省略する。
【００３０】
水供給システム７０ｂは、水タンク７１から供給された水分を燃料中に供給するシステムとなっている点において、水供給システム７０と異なっている。具体的には水供給システム７０ｂは、水供給部７３に代えて水供給部７３ｂを備えている点と、燃料タンク４１から供給された燃料と水供給部７３ｂから供給された水分とを混合させるミキサー７４を備えている点とにおいて、水供給システム７０と異なっている。なお、本変形例に係る水供給部７３ｂも、噴霧器によって構成されている。
【００３１】
水供給部７３ｂは、制御装置６０に制御されることで作動して、ミキサー７４の内部の燃料に向けて水分を供給する。これにより、水供給部７３ｂから供給された水分と、燃料タンク４１から供給された燃料とがミキサー７４の内部で混合されて、水分が混入した燃料（エマルジョン燃料）が生成される。このエマルジョン燃料が燃料噴射弁４３から各気筒１１に直接噴射されることで、水分を各気筒１１に供給することができる。
【００３２】
なお、本変形例に係る水供給部７３ｂが水分を供給する時期は特に限定されるものではないが、本変形例においても前述した図１の場合と同様に、一例として、ディーゼル機関１０の始動開始とともに所定間隔で繰り返し水分を供給している。
【００３３】
本変形例によれば、水供給部７３ｂから燃料中に供給された水分が燃料とともに気筒１
１に供給されることで、気筒１１における燃焼温度を低下させて、排気中のＮＯｘを低減させることができる。また、本変形例においても、水分離装置８０によって排気中の水分を排気から分離することができるので、水分離装置８０より下流の排気中の水分量を低減させて、凝縮水の発生量を低減させることができる。これにより、凝縮水による排気系３０の腐食を低減させることができる。また、水リターン機構９０を備えているので、水分離装置８０によって分離された水分を水タンク７１に戻すことができる。これにより、水タンク７１への水の補充回数を低減させることができる。
【００３４】
以上本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態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。
【符号の説明】
【００３５】
１    ディーゼル機関システム
１０  ディーゼル機関
２０  吸気系
３０  排気系
４０  燃料供給系
７０  水供給システム
７１  水タンク
７２  水供給通路
７３  水供給部
８０  水分離装置
９０  水リターン機構
【図１】
0006642068.tif 000002
【図２】
0006642068.tif 000003
【図３】
0006642068.tif 000004