(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射ポンプから高圧燃料通路を経て供給された高圧の燃料と、排気通路に排ガス中の煤等の固形物を除去する黒煙除去装置にて捕捉される前記固形物の燃焼温度を低下せしめる燃焼触媒の水溶液とを、前記燃料噴射ポンプの吐出が開始される前に噴射孔へ通じる燃料通路に層状に満たし、前記燃料噴射ポンプの吐出の開始によって燃焼室内に前記燃料と燃焼触媒水溶液とを順次噴射する二流体噴射弁を備え、前記燃焼触媒水溶液を燃焼触媒供給通路を通して前記二流体噴射弁に供給する燃焼触媒供給手段と、該燃焼触媒供給通路の通路面積を調整する第１の電磁弁と、内燃機関の負荷の検出値が入力され該負荷に基づき前記第１の電磁弁の開度を制御して前記負荷が一定値以上のとき前記二流体噴射弁から燃料及び燃焼触媒水溶液を層状にして噴射せしめるコントローラとを備えてなることを特徴とする二流体噴射弁を備えた内燃機関の黒煙除去システム。
【請求項２】
前記排気通路の前記黒煙除去装置上流部位の排ガス温度を検出して前記コントローラに入力する温度センサを備え、前記コントローラは前記排ガス温度検出値が前記燃焼触媒の作用温度以上になったとき前記第１の電磁弁を開いて前記燃焼触媒水溶液を前記二流体噴射弁に供給するように構成されてなることを特徴とする請求項１記載の二流体噴射弁を備えた内燃機関の黒煙除去システム。
【請求項３】
前記排気通路の前記黒煙除去装置上流部位の排ガス圧力を検出して前記コントローラに入力する圧力センサを備え、前記コントローラは前記排ガス温度検出値が前記燃焼触媒の作用温度以上になり、かつ前記排ガス圧力検出値が一定値以上になったとき前記第１の電磁弁を開いて前記燃焼触媒水溶液を前記二流体噴射弁に供給せしめるように構成されてなることを特徴とする請求項２記載の二流体噴射弁を備えた内燃機関の黒煙除去システム。
【請求項４】
前記排気通路の前記黒煙除去装置上流部位の排煙濃度を検出して前記コントローラに入力する排煙濃度検出器または前記黒煙除去装置上流部位の酸素濃度を検出して前記コントローラに入力する酸素濃度検出器の何れか一方を設け、前記コントローラは、前記排ガス温度検出値が前記燃焼触媒の作用温度以上になり、かつ前記排煙濃度の検出値あるいは前記酸素濃度の検出値が一定値以上になったとき前記第１の電磁弁を開いて前記燃焼触媒水溶液を前記二流体噴射弁に供給せしめるように構成されてなることを特徴とする請求項２記載の二流体噴射弁を備えた内燃機関の黒煙除去システム。
【請求項５】
燃料噴射ポンプから高圧燃料通路を経て供給された高圧の燃料と、排気通路に排ガス中の煤等の固形物を除去する黒煙除去装置にて捕捉される前記固形物の燃焼温度を低下せしめる燃焼触媒の水溶液と、水とを、前記燃料噴射ポンプの吐出が開始される前に噴射孔へ通じる燃料通路に層状に満たし、前記燃料噴射ポンプの吐出の開始によって燃焼室内に前記燃料と燃焼触媒水溶液と水とを順次噴射する二流体噴射弁を備え、該燃焼触媒水溶液を燃焼触媒供給通路を通して前記二流体噴射弁に供給する燃焼触媒供給手段と、該燃焼触媒供給通路の通路面積を調整する第１の電磁弁と、前記水を水供給通路を通して前記二流体噴射弁に供給する水供給手段と、該水供給通路の通路面積を調整する第２の電磁弁と、内燃機関の負荷の検出値が入力され該負荷に基づき前記第１の電磁弁の開度及び前記第２の電磁弁の開度を制御して前記負荷が一定値以上のとき前記二流体噴射弁から燃料及び燃焼触媒水溶液及び水を層状にして噴射せしめるコントローラとを備えてなることを特徴とする二流体噴射弁を備えた内燃機関の黒煙除去システム。
【請求項６】
前記排気通路の前記黒煙除去装置上流部位の排ガス温度を検出して前記コントローラに入力する温度センサを備え、前記コントローラは前記排ガス温度検出値が前記燃焼触媒の作用温度以上になったとき前記第１の電磁弁及び第２の電磁弁を開いて前記燃焼触媒水溶液及び水を前記二流体噴射弁に供給するように構成されてなることを特徴とする請求項５記載の二流体噴射弁を備えた内燃機関の黒煙除去システム。
【請求項７】
前記排気通路の前記黒煙除去装置上流部位の排ガス圧力を検出して前記コントローラに入力する圧力センサを備え、前記コントローラは前記排ガス温度検出値が前記燃焼触媒の作用温度以上になり、かつ前記排ガス圧力検出値が一定値以上になったとき前記第１の電磁弁及び第２の電磁弁を開いて前記燃焼触媒水溶液及び水を前記二流体噴射弁に供給せしめるように構成されてなることを特徴とする請求項６記載の二流体噴射弁を備えた内燃機関の黒煙除去システム。
【請求項８】
前記排気通路の前記黒煙除去装置上流部位の排煙濃度を検出して前記コントローラに入力する排煙濃度検出器または前記黒煙除去装置上流部位の酸素濃度を検出して前記コントローラに入力する酸素濃度検出器の何れか一方を設け、前記コントローラは、前記排ガス温度検出値が前記燃焼触媒の作用温度以上になり、かつ前記排煙濃度の検出値あるいは前記酸素濃度の検出値が一定値以上になったとき前記第１の電磁弁及び第２の電磁弁を開いて前記燃焼触媒水溶液及び水を前記二流体噴射弁に供給せしめるように構成されてなることを特徴とする請求項６記載の二流体噴射弁を備えた内燃機関の黒煙除去システム。
【請求項９】
燃料噴射ポンプから高圧燃料通路を経て供給された高圧の燃料と、排気通路に排ガス中の煤等の固形物を除去する黒煙除去装置にて捕捉される前記固形物の燃焼温度を低下せしめる燃焼触媒の水溶液と尿素水とを前記燃料噴射ポンプの吐出が開始される前に噴射孔へ通じる燃料通路に層状に満たし、前記燃料噴射ポンプの吐出の開始によって燃焼室内に前記燃料と燃焼触媒水溶液と尿素水とを順次噴射する二流体噴射弁を備え、前記燃焼触媒水溶液を燃焼触媒供給通路を通して前記二流体噴射弁に供給する燃焼触媒供給手段と、該燃焼触媒供給通路の通路面積を調整する第１の電磁弁と、前記尿素水を尿素水供給通路を通して前記二流体噴射弁に供給する尿素水供給手段と、該尿素水供給通路の通路面積を調整する第３の電磁弁と、内燃機関の負荷の検出値が入力され該負荷に基づき前記第１の電磁弁の開度及び前記第３の電磁弁の開度を制御して前記負荷が一定値以上のとき前記二流体噴射弁から燃料及び燃焼触媒水溶液及び尿素水を層状にして噴射せしめるコントローラとを備えてなることを特徴とする二流体噴射弁を備えた内燃機関の黒煙除去システム。
【請求項１０】
前記排気通路の前記黒煙除去装置上流部位の排ガス温度を検出して前記コントローラに入力する温度センサを備え、前記コントローラは前記排ガス温度検出値が前記燃焼触媒の作用温度以上になったとき前記第１の電磁弁及び第３の電磁弁を開いて前記燃焼触媒水溶液及び尿素水を前記二流体噴射弁に供給するように構成されてなることを特徴とする請求項９記載の二流体噴射弁を備えた内燃機関の黒煙除去システム。
【請求項１１】
前記排気通路の前記黒煙除去装置上流部位の排ガス圧力を検出して前記コントローラに入力する圧力センサを備え、前記コントローラは前記排ガス温度検出値が前記燃焼触媒の作用温度以上になり、かつ前記排ガス圧力検出値が一定値以上になったとき前記第１の電磁弁及び第３の電磁弁を開いて前記燃焼触媒水溶液及び尿素水を前記二流体噴射弁に供給せしめるように構成されてなることを特徴とする請求項１０記載の二流体噴射弁を備えた内燃機関の黒煙除去システム。
【請求項１２】
前記排気通路の前記黒煙除去装置上流部位の排煙濃度を検出して前記コントローラに入力する排煙濃度検出器または前記黒煙除去装置上流部位の酸素濃度を検出して前記コントローラに入力する酸素濃度検出器の何れか一方を設け、前記コントローラは、前記排ガス温度検出値が前記燃焼触媒の作用温度以上になり、かつ前記排煙濃度の検出値あるいは前記酸素濃度の検出値が一定値以上になったとき前記第１の電磁弁及び第３の電磁弁を開いて前記燃焼触媒水溶液及び尿素水を前記二流体噴射弁に供給せしめるように構成されてなることを特徴とする請求項１０記載の二流体噴射弁を備えた内燃機関の黒煙除去システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼル機関の黒煙除去装置等に適用され、燃料噴射ポンプから高圧燃料通路を経て供給された高圧の燃料と該燃料以外の他の流体とを層状にして燃焼室内に噴射する二流体噴射弁を備えるとともに、排気通路に排ガス中の煤等の固形物を除去する黒煙除去装置を備えた内燃機関における黒煙除去システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼル機関においては、排ガス中における煤等の固形物を除去する手段として、セラミックフイルターにより該固形物を捕捉するようにした黒煙除去装置が広く用いられている。
かかる黒煙除去装置において、セラミックフイルターに貯まった固形排出物を除去して該セラミックフイルターを再生させる手段として、電気ヒーターにより該固形物を焼却する手段、該黒煙除去装置の上流側に触媒層を設けて燃料を供給して温度を上昇させ該固形物を燃焼せしめる触媒燃焼方式等の手段が提供されている。
【０００３】
前記のような再生手段においては、セラミックフイルターを含む黒煙除去フイルターの再生効率が低く、固形物を焼却するため排ガス温度が上昇する上、排ガス中のＮＯｘの低減には逆効果になるという問題点を抱えているため、かかる問題点を解決する手段として、燃料中に燃焼触媒を混合する手段が提案されている。
かかる手段において、炭酸カルシウム、酸化セリウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウム等の酸化促進剤からなる燃焼触媒は、黒煙を自然燃焼させるために機関に要求される排ガス温度を低下させる（該燃焼触媒を燃料に添加することにより、自然燃焼開始温度が１００℃程度低下する）という知見から、予め燃料中に該燃焼触媒の水溶液を混合し、この燃焼触媒添加燃料を機関の燃焼に供することにより、排ガス中の固形物の燃焼温度を低下せしめ、排ガス温度が低い運転状態においても前記固形物を確実に燃焼させて黒煙除去フイルターの再生を可能としている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記燃焼触媒水溶液を予め燃料中に添加する手段にあっては、燃焼触媒に燃料中への混合量は機関運転の初期段階にて一義的に決まってしまうことから、機関の負荷、回転数、排ガス温度等の機関運転条件によって該燃焼触媒の燃料への混合比率を制御することは不可能となる。このため、前記燃焼触媒を必要としない機関運転状態においても燃焼触媒が継続的に使用されることとなり、燃焼触媒の効率的な使用が阻害され燃焼触媒の使用量が増大する。
【０００５】
また、かかる従来技術にあっては、前記燃焼触媒は排ガス中の固形物燃焼用として特化しているため、排ガス中におけるＮＯｘの低減については別個に専用のＮＯｘ低減手段を装備することを必要とし、機関附帯設備が大型化する等の問題点を有している。
【０００６】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、燃料と燃焼触媒とを併用するにあたり、燃焼触媒の注入量を自由に制御可能とすることにより燃焼触媒を効率的に使用できて燃焼触媒の使用量を低減可能とするとともに、専用のＮＯｘ低減手段を装備することなくＮＯｘ低減を可能とした二流体噴射弁付き内燃機関の黒煙除去システム提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するため、請求項１記載の発明として、燃料噴射ポンプから高圧燃料通路を経て供給された高圧の燃料と、排気通路に排ガス中の煤等の固形物を除去する黒煙除去装置にて捕捉される前記固形物の燃焼温度を低下せしめる燃焼触媒の水溶液とを、前記燃料噴射ポンプの吐出が開始される前に噴射孔へ通じる燃料通路に層状に満たし、前記燃料噴射ポンプの吐出の開始によって燃焼室内に前記燃料と燃焼触媒水溶液とを順次噴射する二流体噴射弁を備え、前記燃焼触媒水溶液を燃焼触媒供給通路を通して前記二流体噴射弁に供給する燃焼触媒供給手段と、該燃焼触媒供給通路の通路面積を調整する第１の電磁弁と、内燃機関の負荷の検出値が入力され該負荷に基づき前記第１の電磁弁の開度を制御して前記負荷が一定値以上のとき前記二流体噴射弁から燃料及び燃焼触媒水溶液を層状にして噴射せしめるコントローラとを備えてなることを特徴とする二流体噴射弁を備えた内燃機関の黒煙除去システムを提案する。
【０００８】
請求項２記載の発明は請求項１に加えて、排気通路の前記黒煙除去装置上流部位の排ガス温度を検出して前記コントローラに入力する温度センサを備え、前記コントローラは前記排ガス温度検出値が前記燃焼触媒の作用温度以上になったとき前記第１の電磁弁を開いて前記燃焼触媒水溶液を前記二流体噴射弁に供給するように構成されてなることを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の発明は請求項２に加えて、前記排気通路の前記黒煙除去装置上流部位の排ガス圧力を検出して前記コントローラに入力する圧力センサを備え、前記コントローラは前記排ガス温度検出値が前記燃焼触媒の作用温度以上になり、かつ前記排ガス圧力検出値が一定値以上になったとき前記第１の電磁弁を開いて前記燃焼触媒水溶液を前記二流体噴射弁に供給せしめるように構成されてなることを特徴とする。
【００１０】
また請求項４記載の発明は請求項２に加えて、前記排気通路の前記黒煙除去装置上流部位の排煙濃度を検出して前記コントローラに入力する排煙濃度検出器または前記黒煙除去装置上流部位の酸素濃度を検出して前記コントローラに入力する酸素濃度検出器の何れか一方を設け、前記コントローラは、前記排ガス温度検出値が前記燃焼触媒の作用温度以上になり、かつ前記排煙濃度の検出値あるいは前記酸素濃度の検出値が一定値以上になったとき前記第１の電磁弁を開いて前記燃焼触媒水溶液を前記二流体噴射弁に供給せしめるように構成されてなることを特徴とする。
【００１１】
請求項１ないし４記載の発明によれば、コントローラによって、設定された機関負荷と燃焼触媒の噴射タイミング及び噴射量のシーケンスに従い第１の電磁弁の開閉タイミングを制御することにより、燃焼触媒の噴射タイミング及び噴射量を機関の負荷、回転数、排ガス温度等の機関運転条件によって自在に調整することができる。
これにより、燃焼触媒を必要とする機関運転状態にのみ燃焼触媒を供給して、黒煙除去装置にて排ガス中の固形物を低温燃焼させることができ、燃焼触媒を効率的に使用することができる。
【００１２】
また、機関の燃焼室内に二流体噴射弁により燃焼触媒水溶液を燃料と層状に噴射するので、かかる燃料と燃焼触媒水溶液の噴射に伴う熱的影響により火炎の温度上昇を抑えることにより、ＮＯｘの発生を抑制することができ、従来の燃焼触媒を燃料に混入させて使用する手段のように、別個に専用のＮＯｘ低減手段を装備することなく、黒煙除去装置におけて排ガス中の固形物の燃焼とＮＯｘの低減とを、別個に専用のＮＯｘ低減手段を装備することなく実現できる。
【００１３】
請求項５記載の発明は、燃料噴射ポンプから高圧燃料通路を経て供給された高圧の燃料と、排気通路に排ガス中の煤等の固形物を除去する黒煙除去装置にて捕捉される前記固形物の燃焼温度を低下せしめる燃焼触媒の水溶液と、水とを、前記燃料噴射ポンプの吐出が開始される前に噴射孔へ通じる燃料通路に層状に満たし、前記燃料噴射ポンプの吐出の開始によって燃焼室内に前記燃料と燃焼触媒水溶液と水とを順次噴射する二流体噴射弁を備え、該燃焼触媒水溶液を燃焼触媒供給通路を通して前記二流体噴射弁に供給する燃焼触媒供給手段と、該燃焼触媒供給通路の通路面積を調整する第１の電磁弁と、前記水を水供給通路を通して前記二流体噴射弁に供給する水供給手段と、該水供給通路の通路面積を調整する第２の電磁弁と、内燃機関の負荷の検出値が入力され該負荷に基づき前記第１の電磁弁の開度及び前記第２の電磁弁の開度を制御して前記負荷が一定値以上のとき前記二流体噴射弁から燃料及び燃焼触媒水溶液及び水を層状にして噴射せしめるコントローラとを備えてなることを特徴とする二流体噴射弁を備えた内燃機関の黒煙除去システムにある。
【００１４】
請求項６記載の発明は請求項５記載の発明に加えて、前記排気通路の前記黒煙除去装置上流部位の排ガス温度を検出して前記コントローラに入力する温度センサを備え、前記コントローラは前記排ガス温度検出値が前記燃焼触媒の作用温度以上になったとき前記第１の電磁弁及び第２の電磁弁を開いて前記燃焼触媒水溶液及び水を前記二流体噴射弁に供給するように構成されてなることを特徴とする。
【００１５】
請求項７記載の発明は請求項６記載の発明に加えて、前記排気通路の前記黒煙除去装置上流部位の排ガス圧力を検出して前記コントローラに入力する圧力センサを備え、前記コントローラは前記排ガス温度検出値が前記燃焼触媒の作用温度以上になり、かつ前記排ガス圧力検出値が一定値以上になったとき前記第１の電磁弁及び第２の電磁弁を開いて前記燃焼触媒水溶液及び水を前記二流体噴射弁に供給せしめるように構成されてなる。
【００１６】
請求項８記載の発明は請求項６記載の発明に加えて、前記排気通路の前記黒煙除去装置上流部位の排煙濃度を検出して前記コントローラに入力する排煙濃度検出器または前記黒煙除去装置上流部位の酸素濃度を検出して前記コントローラに入力する酸素濃度検出器の何れか一方を設け、前記コントローラは、前記排ガス温度検出値が前記燃焼触媒の作用温度以上になり、かつ前記排煙濃度の検出値あるいは前記酸素濃度の検出値が一定値以上になったとき前記第１の電磁弁及び第２の電磁弁を開いて前記燃焼触媒水溶液及び水を前記二流体噴射弁に供給せしめるように構成されてなることを特徴とする。
【００１７】
請求項５ないし８記載の発明によれば、二流体噴射弁からの燃料と水との層状噴射によりＮＯｘ量の抑制をなし得るのに加えて、黒煙除去装置の再生を要するときには第１、第２の２つの電磁弁の切換えにより燃焼触媒水溶液を噴射して、該黒煙除去装置に捕捉されている排ガス混入固形物を燃焼せしめることにより該黒煙除去装置を再生でき、ＮＯｘ量の大幅な低減と黒煙除去装置の再生とを前記２つの電磁弁の切換え操作を行うという簡単な操作でかつ格別な設備を設けることなく実現できる。
【００１８】
請求項９記載の発明は、燃料噴射ポンプから高圧燃料通路を経て供給された高圧の燃料と、排気通路に排ガス中の煤等の固形物を除去する黒煙除去装置にて捕捉される前記固形物の燃焼温度を低下せしめる燃焼触媒の水溶液と尿素水とを前記燃料噴射ポンプの吐出が開始される前に噴射孔へ通じる燃料通路に層状に満たし、前記燃料噴射ポンプの吐出の開始によって燃焼室内に前記燃料と燃焼触媒水溶液と尿素水とを順次噴射する二流体噴射弁を備え、前記燃焼触媒水溶液を燃焼触媒供給通路を通して前記二流体噴射弁に供給する燃焼触媒供給手段と、該燃焼触媒供給通路の通路面積を調整する第１の電磁弁と、前記尿素水を尿素水供給通路を通して前記二流体噴射弁に供給する尿素水供給手段と、該尿素水供給通路の通路面積を調整する第３の電磁弁と、内燃機関の負荷の検出値が入力され該負荷に基づき前記第１の電磁弁の開度及び前記第３の電磁弁の開度を制御して前記負荷が一定値以上のとき前記二流体噴射弁から燃料及び燃焼触媒水溶液及び尿素水を層状にして噴射せしめるコントローラとを備えてなることを特徴とする二流体噴射弁を備えた内燃機関の黒煙除去システムにある。
【００１９】
請求項１０記載の発明は請求項９記載の発明に加えて、前記排気通路の前記黒煙除去装置上流部位の排ガス温度を検出して前記コントローラに入力する温度センサを備え、前記コントローラは前記排ガス温度検出値が前記燃焼触媒の作用温度以上になったとき前記第１の電磁弁及び第３の電磁弁を開いて前記燃焼触媒水溶液及び尿素水を前記二流体噴射弁に供給するように構成されてなることを特徴とする。
【００２０】
請求項１１記載の発明は請求項１０記載の発明に加えて、前記排気通路の前記黒煙除去装置上流部位の排ガス圧力を検出して前記コントローラに入力する圧力センサを備え、前記コントローラは前記排ガス温度検出値が前記燃焼触媒の作用温度以上になり、かつ前記排ガス圧力検出値が一定値以上になったとき前記第１の電磁弁及び第３の電磁弁を開いて前記燃焼触媒水溶液及び尿素水を前記二流体噴射弁に供給せしめるように構成されてなることを特徴とする。
【００２１】
請求項１２記載の発明は請求項１０記載の発明に加えて、前記排気通路の前記黒煙除去装置上流部位の排煙濃度を検出して前記コントローラに入力する排煙濃度検出器または前記黒煙除去装置上流部位の酸素濃度を検出して前記コントローラに入力する酸素濃度検出器の何れか一方を設け、前記コントローラは、前記排ガス温度検出値が前記燃焼触媒の作用温度以上になり、かつ前記排煙濃度の検出値あるいは前記酸素濃度の検出値が一定値以上になったとき前記第１の電磁弁及び第３の電磁弁を開いて前記燃焼触媒水溶液及び尿素水を前記二流体噴射弁に供給せしめるように構成されてなることを特徴とする。
【００２２】
請求項９ないし１２記載の発明によれば、二流体噴射弁からの燃料とＮＯｘ発生量の抑制効果が水よりも格段に大きい尿素水との層状噴射によりＮＯｘ量の抑制をなし得るのに加えて、黒煙除去装置の再生を要するときには第１、第３の２つの電磁弁の切換えにより燃焼触媒水溶液を噴射して、該黒煙除去装置に捕捉されている排ガス混入固形物を燃焼せしめることにより該黒煙除去装置を再生でき、請求項１ないし８記載の発明よりもＮＯｘ量のさらなる大幅な低減と黒煙除去装置の再生とを前記２つの電磁弁の切換え操作を行うという簡単な操作でかつ格別な設備を設けることなく実現できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載される構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載が無い限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
【００２４】
図１は本発明の第１実施例に係るディーゼル機関用黒煙除去装置の構成を示すブロック図、図２はコントローラの制御フローチャートである。図３は本発明の第２実施例に係るディーゼル機関用黒煙除去装置の構成を示すブロック図、図４はコントローラの制御フローチャートである。図５は本発明の第３実施例に係るディーゼル機関用黒煙除去装置の構成を示すブロック図、図６はコントローラの制御フローチャートである。図７は前記各実施例におけるディーゼル機関用二流体噴射弁の縦断面図である。図８は前記二流体噴射弁の噴射タイミング線図（その１）、図９は前記二流体噴射弁の噴射タイミング線図（その２）図１０は前記二流体噴射弁の噴射タイミング線図（その３）である。図１１は前記二流体噴射弁の噴射タイミング線図（その４）である。
【００２５】
図１に示す第１実施例において、１００はエンジン（この実施例ではディーゼル機関を示しているが、ガソリン機関、ガスタービン、ボイラー等の熱機関であればよい）、１０１は該エンジンのピストン、１０２は燃焼室、１０３は排気弁、１０４は該排気弁１０３により開閉される排気通路である。２００は詳細を後述する二流体噴射弁であり、前記燃焼室１０２内に燃料と他の流体とを層状にして噴射するものである。
３０１は軽油、重油等の燃料が収容される燃料タンク、３００は該燃料タンク３０１からの燃料を高圧に加圧して前記二流体噴射弁２００に圧送する燃料ポンプである。該燃料ポンプ３００は公知のジャーク式燃料ポンプが用いられる（詳細な構造説明は省略）。９は該燃料ポンプ３００の燃料吐出口と前記二流体噴射弁２００の燃料通路２１３（図７参照）とを接続する燃料通路である。
【００２６】
５は燃焼触媒の水溶液が収容される燃焼触媒水溶液タンクである。該燃焼触媒は、従来技術と同様な、炭酸カルシウム、酸化セリウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウム等の酸化促進剤からなる。７は該燃焼触媒水溶液タンクと前記二流体噴射弁２００の水通路２１４（図７参照）とを接続する水溶液供給管である。
８は該水溶液供給管の管路を開閉するとともに該管路の通路面積を調整する第１の電磁弁、１０は該第１の電磁弁８を開閉操作する電磁弁ドライバである。
【００２７】
１は前記排気通路１０４に設けられた黒煙除去フィルター（以下フィルターという）で、前記エンジン１００からの排ガス中に含有される煤等の排出固形物を捕捉して燃焼せしめるものである。該フィルター１の構造自体は公知であるので、詳細な説明は省略する。
２は前記排気通路１０４の前記フィルター１上流部位の排ガス圧力を検出する圧力センサ、３は前記排気通路１０４の前記フィルター１上流部位の排ガス温度を検出する温度センサ、０２は前記排気通路１０４の前記フィルター１上流部位の排煙濃度を検出するスモーク濃度センサ（酸素濃度を検出する酸素濃度センサであってもよい）である。
【００２８】
４はコントローラで、前記圧力センサ２から排ガス圧力の検出信号が、前記温度センサ３から排ガス温度の検出信号が、また前記スモーク濃度センサ（あるいは酸素濃度センサ）から排煙濃度の検出信号（あるいは酸素濃度の検出信号）が夫々入力され、これらの検出信号に基づき後述するような演算を行って該演算結果に基づく前記第１の電磁弁８の前記制御信号を前記電磁弁ドライバ１０に伝送するものである。
【００２９】
前記二流体噴射弁２００の詳細を示す図７において、２０１は弁本体、２０２はノズルチップ、２０６は該ノズルチップ２０２の先端部に複数個穿孔された噴孔、２０５は該ノズルチップ２０２内に往復摺動可能に嵌合された針弁、２１０は該針弁２０５の開弁圧力Ｐ０を設定する針弁ばねである。２１２は前記針弁２０５の上部に連設された針弁ばね２１０の下部ばね受、２１１は針弁ばね２１０の上部ばね受である。２１７は前記針弁２０５の先端部が臨む油溜めである。２０４は前記弁本体２０１とノズルチップ２０２との間に設けられたスプリングケースである。
【００３０】
２０８は燃料ポンプ３００からの燃料油管９に接続される燃料入口継手、２１３は該燃料入口継手２０８に接続される弁本体２０１内の燃料通路である。２１４は前記燃料通路２１３に接続されるノズルチップ２０２内の燃料通路で、出口端が前記油溜め２１７に接続されている。
２０９は前記水溶液供給管７の前記第１の電磁弁８出口側に接続される水入口継手である。２１４は入口端が前記水入口継手２０９に接続され出口端が前記ノズルチップ２０２に形成された水平方向の合流路２１５に接続される水通路である。また該水平方向の合流路２１５の出口端は前記燃料通路２１３の前記油溜め２１７よりも上流部位に合流されている。
２１６は前記水通路２１４の前記合流路２１５との接続部に設けられた逆止弁で、前記水通路２１４側から合流路２１５側へ向かう流れのみを許容するようになっている。
【００３１】
かかる構成からなる黒煙除去装置を備えたディーゼル機関の運転時において、
前記コントローラには、前記圧力センサ２から排ガス圧力の検出信号が、前記温度センサ３から排ガス温度の検出信号が、また前記スモーク濃度センサ（あるいは酸素濃度センサ）から排煙濃度の検出信号（あるいは酸素濃度の検出信号）が夫々入力されている。
【００３２】
そして、前記コントローラ４においては次のような演算及び制御を行う。即ち図２において、前記エンジン１００の燃料運転中、該エンジン１００の負荷（あるいは出力）Ｌが予め設定された燃焼触媒使用の基準負荷Ｌｓを超えるとＬ＞Ｌｓ（ステップ１）、前記負荷に対する前記燃焼触媒量（燃焼触媒水溶液の量）及び該燃焼触媒水溶液の噴射タイミングに対応する第１の電磁弁８の開弁タイミングについてのシーケンスを選択する（ステップ２）。
次いで、前記温度センサ３からの排ガス温度検出値Ｔが前記燃焼触媒の作用温度Ｔｓ以上になっているか否かを判断する（ステップ３）。
【００３３】
次いで前記Ｔ＞Ｔｓとなったとき、前記圧力センサ２からの排ガス圧力の検出値Ｐが前記フィルター１に排ガス中の固形物が詰まり該フィルター１の再生を要するフィルター１出入口間差圧に対応する基準圧力Ｐｓ以上になっているか否かを判断する（ステップ４）。
そして前記圧力Ｐ＞Ｐｓとなったとき、前記電磁弁ドライバ１０を作動させ、前記第１の電磁弁８を前記のようにして選択したシーケンスに従って開く。
【００３４】
また、前記排ガス圧力の検出値Ｐが前記フィルター１に排ガス中の固形物が詰まり該フィルター１の再生を要するフィルター１出入口間差圧に対応する基準圧力Ｐｓ以上になっているか否かを判断するのに代えて、前記スモーク濃度センサ０２にて検出されたフィルター１上流部位の排煙濃度の検出値Ｈを前記フィルター１の再生を要する基準排煙濃度Ｈ０とを比較して、Ｈ＞Ｈ０のとき前記燃焼触媒を投入することもできる。
【００３５】
該第１の電磁弁８の開弁により、前記燃焼触媒水溶液タンク５内の燃焼触媒水溶液がポンプ６により前記二流体噴射弁２００の水通路２１４に送られ、該水通路２１４の逆止弁２１６を押し開き、合流路２１５を通り燃料通路２１４内に流入する。
前記燃料通路２１４内の前記合流路２１５との合流部よりも燃料ポンプ３００側にある燃料は該燃料ポンプ３００の方向に燃料油管９を通して押し戻される。その結果、前記二流体噴射弁２００内には油溜め２１７及び該油溜め２１７から前記合流部までの容積分の燃料で満たされ、該合流部の上流側の燃料通路２１３には所定量の燃焼触媒水溶液が満たされ、さらにその上流側には再び燃料が満たされた層状状態となっている。
【００３６】
次いで、前記燃料ポンプ３００の吐出が開始されて二流体噴射弁２００内の燃料が圧縮され、圧力が上昇して該二流体噴射弁２００の針弁２０５の開弁圧力以上になると、針弁２０５が開かれ噴射が開始される。該噴射は、前記のように層状状態にある燃料及び燃焼触媒水溶液のうち、先ず燃料が噴射され、着火遅れ期間を経た後、燃焼を開始する。引き続き燃焼触媒水溶液が燃焼中の先行燃料噴霧火炎をめがけて噴射される。このとき噴射される燃焼触媒水溶液も噴霧となってその内部に燃焼室内の空気を取り込んでいるため、先行噴射された燃料に空気を供給する形となって燃焼が活発化される。
そして、最後に残りの燃料が先行した燃焼触媒水溶液噴霧の中に噴射され燃焼する。かかる燃料と燃焼触媒水溶液の噴射に伴う熱的影響により火炎の温度上昇が抑えられ、ＮＯｘの発生が抑制される。
【００３７】
そして、排気弁１０３の開弁により、排ガスに混入された前記燃焼触媒は前記フィルター１に導入され、該フィルター１に捕捉されている排ガス混入固形物を低温にて燃焼せしめることにより、該フィルター１を再生させる。これにより、排ガス温度が低い運転状態においても前記固形物を確実に燃焼させ、前記フィルター１再生させることができる。
【００３８】
前記燃焼触媒水溶液の噴射タイミングつまり噴射開始時期及び噴射終了時期は、前記コントローラ４により、前記のようにして選択されたシーケンスに従い前記第１の電磁弁８の開閉時期を変化させることによって調整し、該燃焼触媒水溶液の噴射量は前記第１の電磁弁８が開いている期間によって調整する。
図１１はかかる第１実施例における前記二流体噴射弁２００からの噴射パターンと前記第１の電磁弁８及び後述する第２の電磁弁即ち水側電磁弁１５の開閉時期との関係を示すタイミング線図であり、前記のように、燃料、燃焼触媒水溶液、燃料の順に層状に噴射するように前記第１の電磁弁８を開閉する。
尚、図１０は前記二流体噴射弁２００から燃料のみを噴射する場合の噴射パターンと前記第１の電磁弁８及び後述する第２の電磁弁（水側電磁弁）１５の開閉時期との関係を示すタイミング線図であり、この場合は、前記第１の電磁弁８及び後述する第２の電磁弁（水側電磁弁）１５とも閉じている。
【００３９】
従って、かかる実施例によれば、コントローラ４によって、設定された機関負荷と燃焼触媒水溶液の噴射タイミング及び噴射量のシーケンスに従い前記第１の電磁弁８の開閉タイミングを制御することにより、燃焼触媒水溶液の噴射タイミング及び噴射量を機関の負荷、回転数、排ガス温度等の機関運転条件によって自在に調整することができる。
これにより、燃焼触媒を必要とする機関運転状態にのみ燃焼触媒を供給して、前記フィルター１にて排ガス中の固形物を低温燃焼させることができ、燃焼触媒を効率的に使用することができる。
【００４０】
また、機関の燃焼室１０２内に二流体噴射弁２００により燃焼触媒水溶液を燃料と層状に噴射するので、かかる燃料と燃焼触媒水溶液の噴射に伴う熱的影響により火炎の温度上昇を抑えることにより、ＮＯｘの発生を抑制することができ、従来の燃焼触媒を燃料に混入させて使用する手段のように、別個に専用のＮＯｘ低減手段を装備することなく、前記フィルター１におけて排ガス中の固形物の燃焼とＮＯｘの低減とを、別個に専用のＮＯｘ低減手段を装備することなく実現できる。
【００４１】
図３に示される第２実施例においては、前記第１実施例に加えて、前記二流体噴射弁２００から水を噴射することにより、燃料―燃焼触媒水溶液―水―燃料の層状噴射をなすように構成している。
即ち、図３において、１１は水が収容される水タンク、１２は該水タンク１１と前記二流体噴射弁２００の水通路２１４（図７参照）とを接続する水供給管である。１６は前記水供給管１２と水溶液供給管７との合流管である。
１５は該水供給管１２の管路を開閉するとともに該管路の通路面積を調整する第２の電磁弁、１４は前記コントローラ４からの制御信号により該第２の電磁弁１５を開閉操作する電磁弁ドライバである。
【００４２】
かかる第２実施例においては、前記コントローラ４においては次のような演算及び制御を行う。
即ち図４において、前記エンジン１００の燃料運転中、該エンジン１００の負荷（あるいは出力）Ｌが予め設定された燃焼触媒使用の基準負荷Ｌｓを超えるとＬ＞Ｌｓ（ステップ１）、第２の電磁弁１５を開いて水タンク１１内の水を水ポンプ１３により前記二流体噴射弁２００の水通路２１４に供給する（ステップ２）。
【００４３】
次いで、機関の負荷に対する燃焼触媒量（燃焼触媒水溶液の量）及び該燃焼触媒水溶液の噴射タイミングに対応する第１の電磁弁８の開弁タイミング、並びに前記負荷に対する水噴射量及び第２の電磁弁１５の開弁タイミングについてのシーケンスを選択する（ステップ３）。
次いで、前記温度センサ３からの排ガス温度検出値Ｔが前記燃焼触媒の作用温度Ｔｓ以上になっているか否かを判断する（ステップ４）。
【００４４】
次いで前記Ｔ＞Ｔｓとなったとき、前記圧力センサ２からの排ガス圧力の検出値Ｐが前記フィルター１に排ガス中の固形物が詰まり該フィルター１の再生を要するフィルター１出入口間差圧に対応する基準圧力Ｐｓ以上になっているか否かを判断する（ステップ５）。
そして前記圧力Ｐ＞Ｐｓとなったとき、前記電磁弁ドライバ１４を作動させ、前記第１の電磁弁８を前記のようにして選択したシーケンスに従って開く。
【００４５】
該第１の電磁弁８の開弁により、前記燃焼触媒水溶液タンク５内の燃焼触媒水溶液がポンプ６により前記二流体噴射弁２００の水通路２１４に送られる（ステップ６）。
そして、前記第１実施例と同様な過程で以って、該二流体噴射弁２００からは、図８に示されるように、燃料―燃焼触媒水溶液―水―燃料の層状噴射がなされる。
前記燃焼触媒水溶液と水の噴射時期は前記第１の電磁弁８及び第２の電磁弁１５の開弁タイミングによって調整し、該燃焼触媒水溶液と水の噴射量の割合は、前記第１の電磁弁８と第２の電磁弁１５との開弁期間の割合で調整する。
【００４６】
次いで、排気弁１０３が開弁すると、前記第１実施例と同様に、排ガスに混入された前記燃焼触媒は前記フィルター１に導入され、該フィルター１に捕捉されている排ガス混入固形物を低温にて燃焼せしめることにより、該フィルター１を再生させる。
また、前記フィルター１再生の必要がないときには、前記コントローラ４は前記第１の電磁弁８を閉じて前記二流体噴射弁２００への燃焼触媒水溶液の供給を遮断する。これにより該二流体噴射弁２００からは、図９に示されるように、燃料―水―燃料の層状噴射が継続される。
【００４７】
かかる第２実施例によれば、二流体噴射弁２００からの燃料と水との層状噴射によりＮＯｘ量の抑制をなし得るのに加えて、フィルター１の再生を要するときには前記２つの電磁弁８、１５の切換えにより燃焼触媒水溶液を噴射して、該フィルター１に捕捉されている排ガス混入固形物を燃焼せしめることにより該フィルター１を再生でき、ＮＯｘ量の大幅な低減とフィルター１の再生とを前記２つの電磁弁８、１５の切換え操作を行うという簡単な操作でかつ格別な設備を設けることなく実現できる。
【００４８】
図５に示される第３実施例においては、前記第２実施例の水に代えて、前記二流体噴射弁２００から尿素水を噴射することにより、燃料―燃焼触媒水溶液―尿素水―燃料の層状噴射をなすように構成している。
即ち、図５において、２０は尿素水が収容される尿素水タンク、２１は該尿素水タンク２０と前記二流体噴射弁２００の水通路２１４（図７参照）とを接続する尿素水供給管である。
【００４９】
２３は該尿素水供給管２１の管路を開閉するとともに該管路の通路面積を調整する第３の電磁弁、２４は前記コントローラ４からの制御信号により該第３の電磁弁２３を開閉操作する電磁弁ドライバである。
２５はＳＣＲ―ＮＯｘ触媒（アンモニアを用いた選択還元触媒）で、前記排気通路１０４の前記フィルター１下流部位に設置されている。
【００５０】
かかる第３実施例においては、前記コントローラ４においては次のような演算及び制御を行う。
即ち図６において、前記エンジン１００の燃料運転中、該エンジン１００の負荷（あるいは出力）Ｌが予め設定された燃焼触媒使用の基準負荷Ｌｓを超えるとＬ＞Ｌｓ（ステップ１）、前記温度センサ３からの排ガス温度検出値Ｔが前記燃焼触媒の作用温度Ｔｓ以上になっているか否かを判断する（ステップ２）。
次いで前記Ｔ＞Ｔｓとなったとき、第３の電磁弁２３を開いて尿素水タンク２０内の尿素水を尿素水ポンプ２２により前記二流体噴射弁２００の水通路２１４に供給する（ステップ３）。
【００５１】
次いで、機関の負荷に対する燃焼触媒量（燃焼触媒水溶液の量）及び該燃焼触媒水溶液の噴射タイミングに対応する第１の電磁弁８の開弁タイミング、並びに前記負荷に対する尿素水噴射量及び第３の電磁弁２３の開弁タイミングについてのシーケンスを選択する（ステップ４）。
【００５２】
次いで、前記圧力センサ２からの排ガス圧力の検出値Ｐが前記フィルター１に排ガス中の固形物が詰まり該フィルター１の再生を要するフィルター１出入口間差圧に対応する基準圧力Ｐｓ以上になっているか否かを判断する（ステップ５）。
そして前記圧力Ｐ＞Ｐｓとなったとき、前記電磁弁ドライバ１０を作動させ、前記第１の電磁弁８を前記のようにして選択したシーケンスに従って開く。
【００５３】
該第１の電磁弁８の開弁により、前記燃焼触媒水溶液タンク５内の燃焼触媒水溶液がポンプ６により前記二流体噴射弁２００の水通路２１４に送られる（ステップ６）。
そして、前記第１実施例と同様な過程で以って、該二流体噴射弁２００からは、図８の水を尿素水に置き換えて示されるように、燃料―燃焼触媒水溶液―尿素水―燃料の層状噴射がなされる。
前記燃焼触媒水溶液と尿素水の噴射時期は前記第１の電磁弁８及び第３の電磁弁２３の開弁タイミングによって調整し、該燃焼触媒水溶液と尿素水の噴射量の割合は、前記第１の電磁弁８と第３の電磁弁２３との開弁期間の割合で調整する。
【００５４】
次いで、排気弁１０３が開弁すると、前記第１実施例と同様に、排ガスに混入された前記燃焼触媒は前記フィルター１に導入され、該フィルター１に捕捉されている排ガス混入固形物を低温にて燃焼せしめることにより、該フィルター１を再生させる。
該フィルター１にて固形物が除去された排ガスは、前記ＳＣＲ―ＮＯｘ触媒において、ＮＯｘの除去処理がなされた後、外部に排出される。この場合、前記フィルター１にて固形物が除去された清浄な排ガスが前記ＳＣＲ―ＮＯｘ触媒に導入されるので、該ＳＣＲ―ＮＯｘ触媒の触媒層の汚染が回避される。
また、前記フィルター１再生の必要がないときには、前記コントローラ４は前記第１の電磁弁８を閉じて前記二流体噴射弁２００への燃焼触媒水溶液の供給を遮断する。これにより該二流体噴射弁２００からは、燃料―尿素水―燃料の層状噴射が継続される。
【００５５】
かかる第３実施例によれば、二流体噴射弁２００からの燃料とＮＯｘ発生量の抑制効果が水よりも格段に大きい尿素水との層状噴射によりＮＯｘ量の抑制をなし得るのに加えて、フィルター１の再生を要するときには前記２つの電磁弁８、２３の切換えにより燃焼触媒水溶液を噴射して、該フィルター１に捕捉されている排ガス混入固形物を燃焼せしめることにより該フィルター１を再生でき、前記２つの実施例よりもＮＯｘ量のさらなる大幅な低減とフィルター１の再生とを前記２つの電磁弁８、２３の切換え操作を行うという簡単な操作でかつ格別な設備を設けることなく実現できる。
【００５６】
【発明の効果】
以上記載のごとく請求項１ないし４記載の発明によれば、機関負荷と燃焼触媒の噴射タイミング及び噴射量のシーケンスに従い第１の電磁弁の開閉タイミングを制御することにより、燃焼触媒の噴射タイミング及び噴射量を機関の負荷、回転数、排ガス温度等の機関運転条件によって自在に調整することができる。
これにより、燃焼触媒を必要とする機関運転状態にのみ燃焼触媒を供給して、黒煙除去装置にて排ガス中の固形物を低温燃焼させることができ、燃焼触媒を効率的に使用することができる。
【００５７】
また、機関の燃焼室内に二流体噴射弁により燃焼触媒水溶液を燃料と層状に噴射するので、ＮＯｘの発生を抑制することができ、従来の燃焼触媒を燃料に混入させて使用する手段のように、別個に専用のＮＯｘ低減手段を装備することなく、黒煙除去装置におけて排ガス中の固形物の燃焼とＮＯｘの低減とを、別個に専用のＮＯｘ低減手段を装備することなく実現できる。
【００５８】
また、請求項５乃至８のように構成すれば、二流体噴射弁からの燃料と水との層状噴射によりＮＯｘ量の抑制をなし得るのに加えて、黒煙除去装置の再生を要するときには２つの電磁弁の切換えにより燃焼触媒を噴射して、該黒煙除去装置に捕捉されている排ガス混入固形物を燃焼せしめることにより該黒煙除去装置を再生でき、ＮＯｘ量の大幅な低減と黒煙除去装置の再生とを前記２つの電磁弁の切換え操作を行うという簡単な操作でかつ格別な設備を設けることなく実現できる。
【００５９】
さらに請求項９乃至１２のように構成すれば、二流体噴射弁からの燃料とＮＯｘ発生量の抑制効果が水よりも格段に大きい尿素水との層状噴射によりＮＯｘ量の抑制をなし得るのに加えて、黒煙除去装置の再生を要するときには２つの電磁弁の切換えにより燃焼触媒水溶液を噴射して、該黒煙除去装置に捕捉されている排ガス混入固形物を燃焼せしめることにより該黒煙除去装置を再生でき、請求項１ないし８記載の発明よりもＮＯｘ量のさらなる大幅な低減と黒煙除去装置の再生とを前記２つの電磁弁の切換え操作を行うという簡単な操作でかつ格別な設備を設けることなく実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施例に係るディーゼル機関用黒煙除去装置の構成を示すブロック図である。
【図２】  コントローラの制御フローチャートである。
【図３】  本発明の第２実施例に係るディーゼル機関用黒煙除去装置の構成を示すブロック図である。
【図４】  コントローラの制御フローチャートである。
【図５】  本発明の第３実施例に係るディーゼル機関用黒煙除去装置の構成を示すブロック図である。
【図６】  コントローラの制御フローチャートである。
【図７】  前記二流体噴射弁の噴射タイミング線図（その１）である。
【図８】  前記二流体噴射弁の噴射タイミング線図（その１）である。
【図９】  前記二流体噴射弁の噴射タイミング線図（その２）である。
【図１０】  前記二流体噴射弁の噴射タイミング線図（その３）である。
【図１１】  前記二流体噴射弁の噴射タイミング線図（その４）である。
【符号の説明】
１  黒煙除去フィルター
２  圧力センサ
０２  スモーク濃度センサ
３  温度センサ
４  コントローラ
５  燃焼触媒水溶液タンク
６  ポンプ
７  水溶液供給管
８  第１の電磁弁
９  燃料通路
１０  電磁弁ドライバ
１１  水タンク
１２  水供給管
０１２  油溜部
１３  燃料タンク
１５  第２の電磁弁
２０  尿素水タンク
２１  尿素水供給管
２３  第３の電磁弁
２５  ＳＣＲ―ＮＯｘ触媒
１００  エンジン
１０２  燃焼室
１０３  排気弁
２００  二流体噴射弁
２０２  ノズルチップ
２０５  針弁
２０６  噴孔
２１４  水通路
３００  燃料ポンプ
【図１】
0004365543.tif 000002
【図２】
0004365543.tif 000003
【図３】
0004365543.tif 000004
【図４】
0004365543.tif 000005
【図５】
0004365543.tif 000006
【図６】
0004365543.tif 000007
【図７】
0004365543.tif 000008
【図８】
0004365543.tif 000009
【図９】
0004365543.tif 000010
【図１０】
0004365543.tif 000011
【図１１】
0004365543.tif 000012