(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
油が貯蔵された燃料タンクと、シリンダ内に油を噴射する噴射弁と、油を噴射弁に圧送する加圧循環ポンプと、噴射弁から噴射する油の量を制御する噴射ポンプと、噴射ポンプを制御する制御部と、噴射ポンプと燃料タンクとの間に設けられ油と水とを混合するミキサーと、このミキサーに水を供給する水ポンプと、を備え、エンジンの状態、もしくは、負荷状態に応じて、窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減するとともに失火の恐れが低減できる目標加水率を設定し、この目標加水率に基づき、ミキサーに供給する水量を制御し、前記負荷の変動が大きいときには、前記負荷の変動が小さいときよりも前記目標加水率を低く設定する、もしくは、エンジン回転数が低いときには、エンジン回転数が高いときよりも前記目標加水率を低く設定するエマルジョン燃料給油装置において、
前記制御部はＰＩＤ制御を行い、エマルジョン燃料で運転した際に、油のみの運転と同様にエンジン回転数が加減速するように、指令加水率に基づき制御変数を変更することを特徴とするエマルジョン燃料給油装置。
【請求項２】
請求項１に記載のエマルジョン燃料給油装置おいて、前記PID制御の前記制御変数を指令加水率に替えて実加水率に基づき変更することを特徴とするエマルジョン燃料給油装置。
【請求項３】
請求項１、又は請求項２に記載のエマルジョン燃料給油装置において、前記実加水率もしくは前記指令加水率の変更に関わらず、エマルジョン燃料内に含まれる油が同量になるように、前記制御変数を変更することを特徴とするエマルジョン燃料給油装置。
【請求項４】
請求項１、又は請求項２に記載のエマルジョン燃料給油装置において、前記制御変数の変更は、前記実加水率が変更されたエマルジョン燃料が噴射ポンプからシリンダ内に噴射されるときに行われることを特徴とするエマルジョン燃料給油装置。
【請求項５】
請求項１記載のエマルジョン燃料給油装置において、
噴射ポンプの余剰燃料をミキサーの前段に送る循環回路を備え、前記余剰燃料の量を検出する量検出機構を設け、前記余剰燃料の量および実加水率と、新たに燃料タンクからミキサーに送られる油量と、指令加水率とから、新たに加える水量を算出することを特徴とするエマルジョン燃料給油装置。
【請求項６】
請求項５に記載のエマルジョン燃料給油装置において、前記量検出機構は、前記循環回路に設けた流量発信器、もしくは、前記制御部の出力またはエンジン回転数から消費されるエマルジョン燃料の量を算出し、噴射ポンプに送られる流量から消費されるエマルジョン燃料の量を減算して算出する演算部であることを特徴とするエマルジョン燃料給油装置。
【請求項７】
請求項５に記載のエマルジョン燃料給油装置において、
前記余剰燃料の実加水率は、余剰のエマルジョン燃料生成時の指令加水率、余剰のエマルジョン燃料生成時に実際に前記ミキサーで加えられた水量と油量から算出された実加水率、もしくは、前記循環回路に設けた加水率検出器を用いることを特徴とするエマルジョン燃料給油装置。
【請求項８】
請求項１に記載のエマルジョン燃料給油装置において、
前記噴射ポンプの余剰流量を前記ミキサーの前段に接続する循環回路を備え、この循環回路内のエマルジョン燃料を水ラインに退避可能に形成することを特徴とするエマルジョン燃料給油装置。
【請求項９】
請求項１に記載のエマルジョン燃料給油装置において、
前記噴射ポンプの余剰流量を前記ミキサーの前段に接続する循環回路を備え、実加水率が制御不能となった際に、水の供給を停止するとともに、実加水率が上限加水率以下の場合は、前記循環回路のエマルジョン燃料を退避することなく、このエマルジョン燃料を使用することを特徴とするエマルジョン燃料給油装置。
【請求項１０】
請求項１に記載のエマルジョン燃料給油装置において、
前記噴射ポンプの余剰流量を前記ミキサーの前段に接続する循環回路を備え、実加水率が制御不能となった際に、水の供給を停止するとともに、実加水率が上限加水率以下になるように、前記ミキサーに導入される余剰燃料の量を調節することを特徴とするエマルジョン燃料給油装置。
【請求項１１】
請求項１に記載のエマルジョン燃料給油装置において、
エマルジョン燃料の指令加水率、もしくは、前記ミキサーで実際に加えられた水量と油量から算出された実加水率が変更された際に、前記指令加水率、もしくは、前記ミキサーで実際に加えられた水量と油量から算出された実加水率に基づき、爆発エネルギーが一定となるように、前記制御部が前記噴射ポンプを介して、噴射されるエマルジョン燃料量を増減することを特徴とするエマルジョン燃料給油装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載のエマルジョン燃料給油装置において、実加水率に基づき、爆発エネルギーが一定となるように、前記制御部が前記噴射ポンプを介して、噴射されるエマルジョン燃料量を増減することを特徴とするエマルジョン燃料給油装置。
【請求項１３】
請求項１１、請求項１２に記載のエマルジョン燃料給油装置において、前記指令加水率もしくは実加水率の変更時に、油の量が一定となるように、エマルジョン燃料を増減することを特徴とするエマルジョン燃料給油装置。
【請求項１４】
請求項１に記載のエマルジョン燃料給油装置において、
窒素酸化物（ＮＯｘ）の低減に最適な目標加水率が変更された際に、実加水率を徐々に目標加水率に近づけることを特徴とするエマルジョン燃料給油装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気ガスに含まれる窒素酸化物（以下、ＮＯｘと記す）を低減するためのエマルジョン燃料をディーゼル機関に給油する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼル機関の排気ガス中のＮＯｘを低減する手段の一つとしてエマルジョン燃料を使用することが知られている。このエマルジョン燃料の使用に際しては多くの問題があり、この問題に関連した技術の幾つかを次に示す。
(1) 特開平９−３１７５８７号公報（三菱）には、エマルジョン燃料の指令加水率を変更する技術が開示されている。これは、ＮＯｘに応じて実加水率を変更するものである。
(2) 特許第２５６１８２０号公報（日野自動車工業）に記載のものは、エマルジョン燃料中の水の割合を検出するセンサを設け、このセンサの検出に応じて燃料噴射ポンプを調整することにより、燃料の状態に応じて最適な量の燃料の供給を行うものである。
(3) 特開昭５９−３３３９２号公報（晃産業）に記載のものは、エンジンからの余剰流量を再びエマルジョン燃料の供給経路に戻す循環回路を有する。
(4) ディーゼルエンジンの始動時は、失火（点火されないこと）を防止するため、油のみで行われる。循環回路を有するものでは、即座に油のみの供給に変更することができない。これを解決するものとして、特開平６−１５９１４９号公報（テクノバイオ）に開示されたものがある。これにはバッファタンクを設けることが開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本明細書において使用する用語の次のものは、以下の用語の定義に示す意味で使用している。
用語の定義
・指令加水率：制御部から指令する加水率。［加水率＝｛水量Ｗ/ 油Ｆ｝×100 ］
・目標加水率：エンジンの状況に基づきＮＯｘ低減に最適な加水率。
・遅延時間：ミキサーで生成されたエマルジョン燃料が噴射弁に至るまでの時間。制御変数を変更するタイミングをはかるものである。
・安定時間：指令加水率が変更した後、爆発エネルギーが変動しエンジン回転数も変動する。この変動は制御部のフィードバック制御により修正される。安定時間とはこの修正に要する時間。
・実注水量：実際にミキサーに送られる水量。（水ラインの流量計の値、水ポンプの吐出量より検出）
・指令注水量：サブルーチンで算出された水系統に指令する値。
・実加水率：実際にミキサーで生成されたエマルジョン燃料の加水率（実加水量は、新たに加わる水量・油量、および、循環回路から戻ってくるエマルジョン燃料（余剰燃料）水量・油量より求める。）
・急速切換：予定外で急にエマルジョン燃料の供給を停止し、油のみで運転する場合である。（エマルジョン燃料は、始動・低速時の際に失火の恐れがあり用いたくないため、機関を止める際には、予め循環回路のエマルジョン燃料も含め全て消費することが望ましい。）
・実油量：油タンクから送られる新たな油の量。（油ラインの流量計の値、油用ポンプの吐出量より検出）
・余剰燃料：循環回路から戻ってくるエマルジョン燃料。この量は、循環回路の流量計の値、もしくは、噴射ポンプに送られた量（燃料ポンプの吐出量）から噴射ポンプで消費された量（ガバナのラック位置またはエンジン回転数より算出、もしくは、これら両方の値から算出）を減算した値を用いる。余剰燃料の実加水率は、循環回路の加水率センサーの値、もしくは、余剰燃料生成時の指令加水率（実加水率）。
・上限加水率：失火を起こさない最大加水率。
【０００４】
前記(1) の技術は、舶用エンジン等の負荷変動があるものでは、実加水率が高いとき、もしくは、エンジン回転数が低いときに、高負荷に転ずると失火の恐れがあるという問題があった。
第１発明は、負荷が変動するエンジンに用いた際に、失火の恐れを低減できるエマルジョン燃料給油装置を提供することを目的とする。
【０００５】
また、前記(2) の技術は、エマルジョン燃料で運転する際に、油のみで運転するときと同量のエマルジョン燃料をシリンダ内に噴射すると、例えば、エンジン回転数を上げるときに、増量したエマルジョン燃料に水が含まれる分、油の増加量が減り、その分エンジン回転数の加速が鈍り、指令回転数に対する追従性が悪くなるという問題があった。
第１発明は、エマルジョン燃料、油にかかわらず、同様にエンジン回転数を制御できるエマルジョン燃料給油装置を提供することを目的とする。
【０００６】
また、前記(3) の技術は、こうしたものでは、実加水率を変更しようとすると、循環回路からの戻り量が把握できないため、実加水率を制御変更できず、エンジンの状況に応じた加水率の制御ができないという問題があった。
第２発明は、エマルジョン燃料が循環するものにおいて、実加水率を制御可能なエマルジョン燃料給油装置を提供することを目的とする。
【０００７】
前記(4) に記載の技術は、バッファタンクを別途設ける必要があるため、スペースの確保や配置に苦慮するという問題があった。
第３発明は、エマルジョン燃料が循環するものにおいて、別途バッファタンクを設けることなく、エマルジョン燃料を退避することができるエマルジョン燃料給油装置を提供することを目的とする。
【０００８】
水系統等に異常が発生し実加水率の制御不能に陥った場合、水の供給を停止して油のみの運転を行う。この際、循環回路を有するものでは、この循環回路に介在するエマルジョン燃料は消費してしまう方が、バッファタンク等に退避させるよりも好ましい。これは、エマルジョン燃料は長時間放置すると、油と水が分離し再び使用することが困難になるからである。しかしながら、その消費において実加水率が高いものでは、失火の恐れがあるという問題があった。
第４、第５発明は、水系統の異常時に、失火を招くことなく、循環回路内のエマルジョン燃料をできるだけ消費できるエマルジョン燃料給油装置を提供することを目的とする。
【０００９】
エマルジョン燃料の実加水率を変更した際に、エマルジョン燃料に含まれる水の量が増減し、この分だけ油の量が増減する。これに伴い、爆発エネルギーが変動しエンジン回転数が変動するという問題があった。これを解決する手段として前記(2) に開示されたものがある。しかし、前記(2) に開示されたものは、誘電率センサーを用いている。実加水率の変動による誘電率の変動は微小であり、加水率の検出精度は必ずしも高いものではなく、エマルジョン燃料の調節誤差が大きいという問題がある。
第６発明は、エマルジョン燃料の実加水率を変更した際に、エンジン回転数が変動を低減できるエマルジョン燃料給油装置を提供することを目的とする。
【００１０】
従来の技術において、エマルジョン燃料の実加水率を変更した際に、例えば、前記(2) において、大幅に実加水率を上昇させると、エマルジョン燃料に含まれる水の量が激増し、その反対に油の量が激減する。これに伴い、爆発エネルギーが変動してエンジン回転数が大きく変動する恐れがあるという問題があった。
第７発明は、エマルジョン燃料の実加水率を変更した際に、エンジン回転数が変動を低減できるエマルジョン燃料給油装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
第１発明は、油が貯蔵された燃料タンクと、シリンダ内に油を噴射する噴射弁と、油を噴射弁に圧送する加圧循環ポンプと、噴射弁から噴射する油の量を制御する噴射ポンプと、噴射ポンプを制御する制御部と、噴射ポンプと燃料タンクとの間に設けられ油と水とを混合するミキサーと、このミキサーに水を供給する水ポンプと、を備え、エンジンの状態、もしくは、負荷状態に応じて、窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減するとともに失火の恐れが低減できる目標加水率を設定し、この目標加水率に基づき、ミキサーに供給する水量を制御し、前記負荷の変動が大きいときには、前記負荷の変動が小さいときよりも前記目標加水率を低く設定する、もしくは、エンジン回転数が低いときには、エンジン回転数が高いときよりも前記目標加水率を低く設定するエマルジョン燃料給油装置において、
前記制御部はＰＩＤ制御を行い、エマルジョン燃料で運転した際に、油のみの運転と同様にエンジン回転数が加減速するように、指令加水率に基づき制御変数を変更することを特徴とする（請求項１）。
【００１２】
第１発明の手段では、負荷が変動するエンジンに用いた際に、失火の恐れを低減できる。
【００１３】
そして、負荷の変動が大きいときには、また、エンジンの回転数が低いときには、失火の可能性が大であるから、目標加水率を低く設定することで失火を低減できる。明らかに失火の恐れが低いときは、実加水率を高くして、ＮＯｘの低減を図るものとする。
【００１５】
また、エマルジョン燃料、油にかかわらず、同様にエンジン回転数を制御できる。すなわち、例えば、エンジン回転数を上げても増量したエマルジョン燃料に含まれる油の量が、油のみの運転と同様に増量されて、同様にエンジン回転数を上げる制御ができる。
【００１６】
前記第１発明（請求項１）において、前記PID制御の前記制御変数を指令加水率に替えて実加水率に基づき変更する構成とするのがよい（請求項２）。水系統に異常が発生した場合、例えば、給水量が減り実加水率が低い状態でエンジン回転数を変更しようとすると、指令加水率に基づき制御変数を変更したものでは油の増量が通常よりも多く、エンジン回転数の変動が通常よりも大きくなる。実加水率に基づき制御変数を設定することにより、水系統の異常時に、通常時と同様にエンジン回転数を制御できる。
【００１７】
前記第１発明（請求項１、又は請求項２）において、前記実加水率もしくは前記指令加水率の変更に関わらず、エマルジョン燃料内に含まれる油が同量になるように、前記制御変数を変更する構成とするのがよい（請求項３）。なお、制御変数の変更方法は、実加水率（指令加水率）に応じた制御変数を予め設定し、実加水率（指令加水率）毎に制御変数を選択する。また、水を加えることにより、熱効率が減少する場合には、この減少を勘案して実加水率（指令加水率）に応じた制御変数を設定するとよい。
その他に、エマルジョン燃料内で運転する際には、油のみで運転している制御変数に、エマルジョン燃料に含まれる油の割合を割って、油量が一定になるように、制御変数を変更する方法がある。
【００１８】
前記第１発明（請求項１、又は請求項２）において、前記制御変数の変更は、前記実加水率が変更されたエマルジョン燃料が噴射ポンプからシリンダ内に噴射されるときに行われる構成とするのがよい（請求項４）。制御変数を変更するタイミングを合わせることにより、より油のみで運転したときに近づけることができる。
【００１９】
第２発明は、第１発明（請求項１記載）のエマルジョン燃料給油装置において、
噴射ポンプの余剰燃料をミキサーの前段に送る循環回路を備え、前記余剰燃料の量を検出する量検出機構を設け、前記余剰燃料の量および実加水率と、新たに燃料タンクからミキサーに送られる油量と、指令加水率とから、新たに加える水量を算出することを特徴とする（請求項５）。
【００２０】
第２発明の手段では、エマルジョン燃料が循環するものにおいて、戻り量を把握して、実加水率を制御可能である。
【００２１】
第２発明（請求項５）において、前記量検出機構は、前記循環回路に設けた流量発信器、もしくは、前記制御部の出力またはエンジン回転数から消費されるエマルジョン燃料の量を算出し、前記噴射ポンプに送られる流量から消費されるエマルジョン燃料の量を減算して算出する演算部である構成とするのがよい（請求項６）。
【００２２】
第２発明（請求項５）において、前記余剰燃料の実加水率は、余剰のエマルジョン燃料生成時の指令加水率、余剰のエマルジョン燃料生成時に実際に前記ミキサーで加えられた水量と油量から算出された実加水率、もしくは、前記循環回路に設けた加水率検出器を用いる構成とするのがよい（請求項７）。新たにミキサーに送られる油の量は、油ラインの流量発信器の信号、もしくは、加圧循環ポンプの吐出量を用いる。噴射ポンプに送られるエマルジョン燃料の量は、エマルジョン燃料のラインに流量発信器を設け測定する。
【００２３】
第３発明は、第１発明（請求項１記載）のエマルジョン燃料給油装置において、
前記噴射ポンプの余剰流量を前記ミキサーの前段に接続する循環回路を備え、この循環回路内のエマルジョン燃料を水ラインに退避可能に形成することを特徴とする（請求項８）。
【００２４】
第３発明の手段では、エマルジョン燃料が循環するものにおいて、別途バッファタンクを設けることなく、エマルジョン燃料を退避させることができる。
エマルジョン燃料を退避させるとき、水の供給停止は、水ポンプの停止・遮断弁・リリーフ弁による全量リリーフにより行う。この制御は、停止時・低速時・クラッシュアスターン（機関反転時）等の予定外のエンジン制御するときに用いる。
【００２５】
第４発明は、第1発明(請求項1記載)のエマルジョン燃料給油装置において、
前記噴射ポンプの余剰流量を前記ミキサーの前段に接続する循環回路を備え、実加水率が制御不能となった際に、水の供給を停止するとともに、実加水率が上限加水率以下の場合は、前記循環回路のエマルジョン燃料を退避することなく、このエマルジョン燃料を使用することを特徴とする（請求項９）。
【００２６】
第４発明の手段では、水系統の異常時に、失火を招くことなく、循環回路内のエマルジョン燃料をできるだけ消費できる。
【００２７】
第５発明は、第１発明（請求項１記載）のエマルジョン燃料給油装置において、
前記噴射ポンプの余剰流量を前記ミキサーの前段に接続する循環回路を備え、実加水率が制御不能となった際に、水の供給を停止するとともに、実加水率が上限加水率以下になるように、前記ミキサーに導入される余剰燃料の量を調節することを特徴とする（請求項１０）。
【００２８】
第５発明の手段では、水系統の異常時に、失火を招くことなく、循環回路内のエマルジョン燃料をできるだけ消費できる。
【００２９】
第６発明は、第１発明（請求項１記載）のエマルジョン燃料給油装置において、
エマルジョン燃料の指令加水率、もしくは、前記ミキサーで実際に加えられた水量と油量から算出された実加水率が変更された際に、前記指令加水率、もしくは、前記ミキサーで実際に加えられた水量と油量から算出された実加水率に基づき、爆発エネルギーが一定となるように、前記制御部が前記噴射ポンプを介して、噴射されるエマルジョン燃料量を増減することを特徴とする（請求項１１）。
【００３０】
第６発明の手段では、エマルジョン燃料の実加水率を変更した際に、エンジン回転数が変動することを低減できる。
【００３１】
第６発明（請求項１１）において、実加水率に基づき、爆発エネルギーが一定となるように、前記制御部が前記噴射ポンプを介して、噴射されるエマルジョン燃料量を増減する構成とするのがよい（請求項１２）。なお、実加水率に基づき制御することで、水系統等の故障の際にも、適用することができる。
【００３２】
第６発明（請求項１１、又は請求項１２）において、前記指令加水率もしくは実加水率の変更時に、油の量が一定となるように、エマルジョン燃料を増減する構成とするのがよい（請求項１３）。
【００３３】
第７発明は、第１発明（請求項１記載）のエマルジョン燃料給油装置において、
窒素酸化物（ＮＯｘ）の低減に最適な目標加水率が変更された際に、実加水率を徐々に目標加水率に近づけることを特徴とする（請求項１４）。
【００３４】
第７発明の手段では、エマルジョン燃料の実加水率を変更した際に、エンジン回転数の変動を低減できる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態の概略の構成を図１に示す。このエマルジョン燃料給油装置１は、舶用ディーゼルエンジン２に適用した例であり、燃料タンク１０、燃料噴射弁１１、加圧循環ポンプ１２、制御部１３、ミキサー１４、水ポンプ１５等を具えている。
【００３６】
まず燃料油系統について説明すると、燃料タンク１０の貯蔵している燃料油がブースターポンプ１６を介して油循環回路１７に送られる。油循環回路１７は、合流部１８、加圧循環ポンプ１２、燃料加熱ヒータ１９、リリーフ弁２０を順次循環する油通路であり、油は加圧循環ポンプ１２の作用で循環する。この油循環回路１７の燃料加熱ヒータ１９とリリーフ弁２０の間に分岐通路２１を設けてあり、この分岐通路２１が開閉弁２２を介して、後述するエマルジョン燃料が噴射ポンプ４２に供給される通路４３に接続している。また、油循環回路１７の燃料加熱ヒータ１９と前記分岐通路２１の分岐点の間に分岐通路２３を設けてあり、この分岐通路２３が開閉弁２４、油用の流量発信器２５を介して、ミキサー１４の入口に接続している。
【００３７】
水系統は、給水源２６からの水の通路が、遮断弁２７を介して、適切な水位がレベルスイッチ２８により維持される水タンク２９に接続している。そして水の通路は、水タンク２９から水ブースターポンプ３０、フィルタ３１、流量発信器３２、水ポンプ１５、遮断弁３３、水加熱ヒータ３４、リリーフ弁３５を介して、ミキサー１４の入口に接続している。途中、水ブースターポンプ３０とフィルタ３１の間、フィルタ３１と流量発信器３２の間、水ポンプ１５と遮断弁３３の間には、圧力を検出して制御部１３に送る圧力発信器３６、３７、３８を設けてある。図において、各機器（開閉弁、遮断弁、流量発信器等）に接続している点線は、いずれも制御部１３に接続しており、制御部１３から機器への又は機器から制御部１３への信号伝達用の線である。
【００３８】
ミキサー１４は、供給される油と水を混合してエマルジョン燃料として出口から送りだす。ミキサー１４の出口は加水率検出用センサー４０、開閉弁４１を介してエンジン２の噴射ポンプ４２に接続している。この開閉弁４１と噴射ポンプ４２の間の通路４３が、前記分岐通路２１の接続している通路である。噴射ポンプ４２に供給される燃料は、噴射ポンプ４２で量を制御されて、噴射弁１１に送られてシリンダ（燃焼室）内に供給される。余剰の燃料は通路４４に送りだされ、その通路４４が、遮断弁４５、循環ポンプ４６、流量発信器４７を介して、ミキサー１４の入口に接続している。このミキサー１４から、噴射ポンプ４２、遮断弁４５、循環ポンプ４６、流量発信器４７を経て再びミキサー１４に戻る回路は循環回路４８を形成している。この循環回路４８中の噴射ポンプ４２と遮断弁４５の間の通路４４が途中から分岐し、遮断弁４９を介して、バッファータンク５０に接続している。バッファータンク５０は、送られてくるエマルジョン燃料を再利用するために、例えば、油水分離器又はボイラーへ接続されている。また、開閉弁５６付きの通路５７が、循環回路４８の噴射ポンプ４２を出た部分を、循環回路１７中のリリーフ弁２０の後段に接続している。
【００３９】
制御部１３は、コンピュータを用いたものであり、設定部に設定される値と、前述した機器及びこの他に設けられているエンジン回転数検出器５１、回転数指令発信器５２等から得られるデータとに基いてエマルジョン燃料給油装置２を制御し、失火しないように排ガス中のＮＯｘをできるだけ低減するようになっている。
【００４０】
ディーゼルエンジン２は、始動時等は油のみを供給され、通常運転に移ると油のみからエマルジョン燃料に切り換え供給される。この様に切り換えられれた場合の機器の状態について説明する。油のみの供給状態は、ポンプ１６、１２が動作し、開閉弁２４、４１を開き、開閉弁２２を閉じた状態である。この状態では、循環回路４８を循環している油が、循環ポンプ４６により、噴射ポンプ４２を介して、燃料噴射弁１１から燃焼室に供給される。
【００４１】
油のみの供給からエマルジョン燃料の供給に切り換えた状態は、水系統のポンプ３０、１５が動作し、遮断弁３３を開いた状態である。この状態では、水と油がミキサー１４に供給され、ミキサー１４でエマルジョン燃料となってセンサー４０、開閉弁４１、噴射ポンプ４２を介して、燃料噴射弁１１から燃焼室に供給される。ミキサー１４へ送られる水は、その量を流量発信器３２で検出され、水ポンプ１５で加減される。ミキサー１４へ送られる油はその量を流量発信器２５で検出される。そして、燃焼室に供給されるエマルジョン燃料の量は、噴射ポンプ４２で制御され、余剰エマルジョン燃料が循環回路４８を循環してミキサー１４に戻る。この余剰エマルジョン燃料がミキサー１４へ戻る量が、流量発信器４７によって検出される。なお、ミキサーに異常が発生した場合には、開閉弁２４、４１を閉じ、開閉弁２２、５６を開く。この状態では、油循環回路１７を循環している油が開閉弁２２、噴射ポンプ４２を介して、燃料噴射弁１１から燃焼室に供給される。
【００４２】
図２は、前記実施の形態の変形例の概略の構成を示すもので、このエマルジョン燃料給油装置１ａは、バッファータンク５０を省略する場合の構成であり、前記実施の形態のものと比べて、遮断弁４９、バッファータンク５０が無い点と、流量発信器４７の出口と、流量発信器２５の出口と、水通路の終端部５８とが三位置切換弁５９を介してミキサー１４の入口に接続されている点と、が相違している。
三位置切換弁５９は、制御部からの信号により切り換えられる。第１の切換位置は、流量発信器２５とミキサー１４とを接続し且つ流量発信器４７と水通路の終端部５８とを遮断する。第２の切換位置は、流量発信器２５とミキサー１４、及び流量発信器４７と水通路の終端部５８、を別々に接続する。第３の切換位置は、流量発信器２５、４７、水通路の終端部５８の全てをミキサー１４に接続する。
【００４３】
この三位置切換弁５９の第１切換位置は油のみの供給に用い、第２切換位置は油のみの供給及びエマルジョン燃料を水系統に退避させるのに用い、第３切換位置は通常のエマルジョン燃料の供給に用いる。なお、エマルジョン燃料を水系統に退避させるときは、水ポンプ３０、１５を停止させ、リリーフ弁３５、遮断弁３３側へ逆流させる。この場合、フィルター３１の手前までは逆流させても、他の機器に差し支えない。
この他の構成は前記実施の形態と同様であるから、同等部分を同一図面符号で示して説明を省略する。
【００４４】
以下に図１、図２に示した実施の形態及びその変形例の作用を、図３〜図１０のフローチャートを用いて説明する。
実施の形態において、メインルーチンは図３に示すとおりであり、まずこれについて説明する。エマルジョン燃料の給油を開始する際に、ステップＳ１で初期の指令加水率a ％を設定し、ステップＳ２でエンジンの状況に応じ、ＮＯｘ低減に最適な目標加水率ｂ％を設定する。具体的には、例えば、エンジン回転数が高いとき目標加水率を大きくし、また、負荷変動が小さいとき目標加水率を大きくする。次のステップＳ３で指令加水率の変更の有り、無しを判断し、無しのときにステップＳ４に進む。有りのときはステップＳ９（図４に示すサブルーチン）へ進む。すなわち、指令加水率が変更される毎に、サブルーチンへ進む。
【００４５】
ステップＳ４では遅延時間が経過したか、していないかを判断し、していないときにステップＳ５へ進む。経過したときはステップＳ１３（図５に示す制御変数変更ルーチン）へ進む。すなわち、遅延時間が経過すると、制御変数変更ルーチンへ進む。
【００４６】
ステップＳ５では安定時間が経過したか、していないかを判断し、経過していないときにステップＳ６へ進む。経過したときはステップＳ１５（図６に示す指令加水率調整ルーチン）へ進む。すなわち、安定時間が経過すると、指令加水率調整ルーチンへ進む。（指令加水率を変更してもエンジン回転数が瞬時に安定するものにおいては、初期の指令加水率ａ％を目標加水率ｂ％として、このフローおよび指令加水率調整ルーチンを省略することができる。）
【００４７】
ステップＳ６では実注水量が指令注水量に等しくないか、等しいかを判断し、等しいときにステップＳ７に進む。等しくないときはステップＳ１９（図８に示す異常時ルーチン）へ進む。すなわち、実注水量と指令注水量とが等しくないとき（ある程度の許容範囲が必要）は、装置異常として異常時ルーチンへ進む。
【００４８】
ステップＳ７では実加水率が指令加水率に等しくないか、等しいかを判断し、等しいときにステップＳ８へ進む。等しくないときはステップＳ１９（図８に示す異常時ルーチン）へ進む。すなわち、実加水率と指令加水率とが等しくないとき（ある程度の許容範囲が必要）は、装置異常として異常時ルーチンへ進む。
【００４９】
ステップＳ８では急速切換が行われたか、否かを判断し、否であるときにステップＳ２に戻る。急速切換が行われたときはステップＳ２３（図９に示す急速切換ルーチン）へ進む。すなわち、急速切換の指令があったときは、急速切換ルーチンへ進む。（このフローは、停止時・クラッシュアスターン（機関反転時）等の予定外のエンジン制御するときに用いる。また、エマルジョン燃料には相応しない自動減速時等の低速域でも、このフローを用いて、自動的にエマルジョン給油を解除してもよい。）
【００５０】
メインルーチンのステップＳ３からステップＳ９へ進んだときは、すなわち、図４に示すサブルーチンへ進んだときは、次のように機能が実行される。ステップＳ９では燃料タンク１０からミキサー１４に送られる油量、余剰燃料の量、余剰燃料の実加水率を入力する。次のステップＳ１０では油量・余剰燃料の量と実加水率・指令加水率に基づき注水量を算出して、水ポンプ（水用制御部）１５に指令する。次のステップＳ１１では安定時間の計時を開始する。（この安定時間は、ミキサー１４から噴射ポンプ４２の配管容量[ ｍｌ] ／エマルジョン燃料の吐出量[ ｍｌ/ ｓｅｃ] から求める。または、エマルジョン燃料の吐出量[ ｍｌ/ ｓｅｃ] を積算し、この積算した吐出量がミキサー１４から噴射ポンプ４２の配管容量[ ｍｌ] を超えるまでを測定してもよい。）次に、ステップＳ１２（図７に示す遅延時間算出ルーチン）へ進み、遅延時間の計時を開始する。（回転数が安定しているときは、ＰＩＤ制御の制御係数の変化が小さいので、このときは、遅延回路を省くことができる。また、指令加水率の変更した率が小さく、回転数の変動が少ないときも同様に省ける。）そして、ステップＳ４へ進む。
【００５１】
メインルーチンのステップＳ４からステップＳ１３へ進んだときは、すなわち、図５に示す制御変数変更ルーチンへ進んだときは、次のように機能が実行される。ステップＳ１３では、ＰＩＤ制御によりＰｎ＋Ｉｎ＋Ｄｎの油量を増減する指令が発信された際に、実加水率がｘ％のときでは、実際に増加される油量は、（Ｐｎ＋Ｉｎ＋Ｄｎ）×｛（１／（１＋ｘ／１００）｝である。これを補正するため、各々定数Ｋｐ、Ｋｉ、Ｋｄを｛１＋（ｘ／１００）｝倍する。これにより、増減する油量は、実加水率にかかわらず同じにできる。（実加水率に変えて、指令加水率を用いて定数を変更してもよい。また、エマルジョン燃料を用いた際に、同量の油でも水を加えることにより、爆発エネルギー量が大きく変わる場合には、実加水率に対応する予め設定した制御変数を選択してもよい。）次のステップＳ１４では、実加水率（指令加水率）の変更に伴うエンジン回転数の変動を抑えるため、エマルジョン燃料の量を調節する。そして、ステップＳ５へ進む。
【００５２】
メインルーチンのステップＳ５からステップＳ１５へ進んだときは、すなわち、図６に示す指令加水率調整ルーチンへ進んだときは、次のように機能が実行される。このルーチンは、目標加水率に一挙に変更せず、回転数の大きな変動がないように、序々に指令加水率を変更して調整するものである。ステップＳ１５では指令加水率が目標加水率と等しいか、否かを判断し、等しいときにはステップＳ６へ進み、等しくないときにステップＳ１６へ進む。ステップＳ１６では、指令加水率にｃ％増減する。このｃ％は、回転数が大きく変動しない範囲で設定される。次のステップＳ１７では、指令加水率が、ｃ％増減した状態で目標加水率以下であれば、ステップＳ６へ進み、越えていれば次のステップＳ１８へ進む。ステップＳ１８では、指令加水率が、目標加水率を超えている場合であり、指令加水率を目標加水率にする。そして、ステップＳ６へ進む。
【００５３】
メインルーチンのステップＳ６から、又はステップＳ７から、ステップＳ１９へ進んだときは、すなわち、図８に示す異常ルーチンへ進んだときは、次のように機能が実行される。ステップＳ１９では、実加水率が上限加水率を越えたか、否かを判断し、上限加水率を越えた場合はステップＳ２３（図１０に示す急速切換ルーチン）へ進み、越えていないときはステップＳ２０（図９に示す注水停止ルーチン）へ進む。この上限加水率を越えていないときは失火の恐れはないが、実加水率をコントロールできていないので、注水停止ルーチンへ進む。
【００５４】
注水停止ルーチンのステップＳ２０では、注水停止を水ポンプ部（水用制御部）に指令する。具体的には、指令加水率を０％に設定するか、遮断弁３３を閉じるか、又は水ポンプ１５を停止させる。そして、次のステップＳ１２（図７に示す遅延時間算出ルーチン）へ進む。ステップＳ１２では、前述したと同様に遅延時間の計時を開始して、次のステップＳ２１へ進む。ステップＳ２１では、遅延時間が経過したか、否かを判断し、遅延時間が経過してから前述したステップＳ１３（図５に示す制御変数変更ルーチン）へ進む。そしてステップＳ１３、ステップＳ１４を実行してステップＳ２２へ進む。ステップＳ２２では、実加水率が０に略等しいか否かを判断し、略等しくないときはステップＳ１２に戻り、略等しくなったとき注水停止を終了する。
【００５５】
メインルーチンのステップＳ８から、又は異常ルーチンのステップＳ１９から、ステップＳ２３へ進んだときは、すなわち、図１０に示す急速切換ルーチンへ進んだときは、次のように機能が実行される。ステップＳ２３では、注水停止を水ポンプ部（水用制御部）に指令し、指令加水率を０％に設定する。次のステップＳ２４では、循環回路４８のエマルジョン燃料を、バッファタンク５０、もしくは、水系統に流入させる退避指令を発する。（退避を完了すると循環回路４８を元に戻す。なお、退避させたエマルジョン燃料は、油水分離器で処理、もしくは、他の装置、例えば、ボイラー等で燃焼させてもよい。）そして、次のステップＳ１２（図７に示す遅延時間算出ルーチン）へ進む。ステップＳ１２では、前述したと同様に遅延時間の計時を開始する。そして、ステップＳ２５へ進む。ステップＳ２５では、算出された遅延時間が経過するまで待ってから、前述したステップＳ１３（図５に示す制御変数変更ルーチン）へ進む。ステップＳ１３、次のステップＳ１４で、前述したと同様に機能が実行される。そして急速切換を終わる。
【００５６】
以上に説明した実施の形態と前記第１発明〜第７発明との概略の対応関係は次の通りである。
第１発明は、前記メインルーチンのステップＳ２に記載のように、目標加水率ａ％を設定し、この目標加水率に基いてミキサーに供給する水量を制御するから、失火を抑制してＮＯｘを低減できる。
【００５７】
また、第１発明は、前記制御変数変更ルーチンで記載したように、エマルジョン燃料の量を調節するから、油のみの運転と同様にエンジンの回転数を制御できる。そして、遅延時間算出ルーチンで記載のように、遅延時間を考慮に入れてエマルジョン燃料の噴射が行われるから、確実に制御できる。
【００５８】
また、第２発明は、前記サブルーチンのステップＳ９、ステップＳ１０に示したように、エマルジョン燃料が循環するものにおいて、循環回路からの戻り量を把握して、実加水率を制御できる。
【００５９】
また、第３発明は、変形例（図２の構成）で示したように、エマルジョン燃料が循環するものにおいて、バッファタンクを省略し、エマルジョン燃料を退避することができる。
【００６０】
また、第４発明、及び第５発明は、前記メインルーチンのステップＳ６、ステップＳ７、異常ルーチン、注水停止ルーチン、急速切換ルーチンで示したように、水系統の異常時に、失火を招くことなく、循環回路内のエマルジョン燃料をできるだけ消費できる。これはバッファタンクに退避させるよりも、時間経過により油と水が分離する事態に対処しなくて良い点で、好ましい。
【００６１】
また、第６発明は、前記制御変数変更ルーチン、遅延時間算出ルーチンに示したように、加水率の精度が高いものとなるから、エマルジョン燃料の実加水率を変更した際に、エンジン回転数が変動することを低減できる。
【００６２】
また、第７発明は、前記メインルーチンのステップＳ５、指令加水率調整ルーチンに示したように、目標加水率を変更された際に、実加水率を徐々に目標加水率に近づけるから、エマルジョン燃料の実加水率を変更した際に、エンジン回転数が変動を低減できる。
【００６３】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明は、負荷が変動するエンジンに用いた際に、失火の恐れを低減できる効果を奏する。
また、エマルジョン燃料、油にかかわらず、同様にエンジン回転数を制御できる効果を奏する。
請求項２に記載の発明は、実加水率に基づいて制御変数を設定するから、水系統の異常時に、通常時と同様にエンジン回転数を制御できる効果を奏する。
請求項３に記載の発明は、エマルジョン燃料内に含まれる油が同量になるように、前記制御変数を変更するから、油のみの運転度同様にエンジン回転数を制できる効果を奏する。
請求項４に記載の発明は、遅延時間を考慮に入れてエマルジョン燃料の噴射が行われるから、より油のみで運転したときに近づけることができる。
請求項５に記載の発明は、エマルジョン燃料が循環するものにおいて、循環回路からの戻り量を把握でき、実加水率を制御可能である。
請求項８に記載の発明は、エマルジョン燃料を退避することができるから、バッファタンクを省略できる効果を奏する。
請求項９に記載の発明は、水系統の異常時に、失火を招くことなく、循環回路内のエマルジョン燃料をできるだけ消費できる効果を奏する。バッファタンクに退避させるよりも好ましい。
請求項１１に記載の発明は、エマルジョン燃料の実加水率を変更した際に、エンジン回転数が変動することを低減できる効果を奏する。
請求項１４に記載の発明は、エマルジョン燃料の実加水率を変更した際に、エンジン回転数が変動を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す概略構成図である。
【図２】同実施の形態の変形例を示す概略構成図である。
【図３】同実施の形態の作用を説明するためのメインルーチン部を示すフローチャートである。
【図４】同実施の形態の作用を説明するためのサブルーチン部を示すフローチャートである。
【図５】同実施の形態の作用を説明するための制御変数変更ルーチン部を示すフローチャートである。
【図６】同実施の形態の作用を説明するための指令加水率調整ルーチン部を示すフローチャートである。
【図７】同実施の形態の作用を説明するための遅延時間算出ルーチン部を示すフローチャートである。
【図８】同実施の形態の作用を説明するための異常時ルーチン部を示すフローチャートである。
【図９】同実施の形態の作用を説明するための注水停止ルーチン部を示すフローチャートである。
【図１０】同実施の形態の作用を説明するための急速切換ルーチン部を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１      エマルジョン燃料給油装置
２      舶用ディーゼルエンジン
１０    燃料タンク
１１    燃料噴射弁
１２    加圧循環ポンプ
１３    制御部
１４    ミキサー
１５    水ポンプ
１６    ブースターポンプ
１７    油循環回路
１８    合流部
１９    燃料加熱ヒーター
２０    リリーフ弁
２１    分岐通路
２２    開閉弁
２３    分岐通路
２４    開閉弁
２５    流量発振器
２６    給水源
２７    遮断弁
２８    レベルスイッチ
２９    水タンク
３０    水ブースターポンプ
３１    フィルター
３２    流量発振器
３３    遮断弁
３４    水加熱ヒーター
３５    リリーフ弁
３６、３７、３８    圧力発振器
４０    センサー
４１    開閉弁
４２    噴射ポンプ
４３、４４    通路
４５    遮断弁
４６    循環ポンプ
４７    流量発振器
４８    循環回路
４９    遮断弁
５０    バッファータンク
５１    エンジン回転数検出器
５６    開閉弁
５７    通路
５８    終端部
５９    三位置切換弁
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
0004208349.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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