(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料系統からの燃料と水系統からの水とを噴射弁からシリンダ内に噴射するディーゼル機関の燃料制御方法において、燃料系統の燃料制御装置はガバナ（６２）と燃料噴射減少装置（７０）とを含んでおり、水系統の故障により注水量が減少してある許容限界値を超えたときには、燃料噴射量減少装置（７０）が当該故障による注水量の減少量に応じて燃料噴射ポンプラックを引き戻して燃料の噴射量を減少させ、一定時間経過後に、前記燃料噴射ポンプラックの復帰速度で噴射量を減少させる前の燃料の噴射量に復帰させることを特徴とするディーゼル機関の燃料制御方法。
【請求項２】
燃料系統からの燃料と水系統からの水とを噴射弁からシリンダ内に噴射するディーゼル機関の燃料制御装置において、燃料噴射ガバナ（６２）と、水系統からの注水量を検知して、注水量に関する注水量信号を生成する手段と、水系統の故障により注水量が減少してある許容限界値を超えたときには、その注水量信号が表す該故障による減少量に応じて燃料噴射ポンプラックを引き戻して燃料の供給量を減少させ、一定時間経過後に、前記燃料噴射ポンプラックの復帰速度で噴射量を減少させる前の燃料の供給量に復帰させるための減少信号を生成し、該減少信号を前記燃料噴射ガバナ（６２）からの信号から減算して、燃料の噴射量を一時的に減少させる燃料噴射量減少装置（７０）とを含んでなるディーゼル機関の燃料制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料と水とを噴射弁からシリンダ内に噴射する水噴射式のディーゼル機関の燃料制御装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
ディーゼル機関においては、排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減するため、燃料と水とを噴射弁からシリンダ内に層状あるいは両者を混合した状態で噴射する燃料・水噴射装置が近年多く採用されつつある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような水と燃料とを層状に噴射し、ディーゼル機関の排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を大幅に低減させるようにした層状水噴射システムにおいては、例えば水系統の故障等により水噴射のみが突然停止すると、水と燃料が瞬時に入れ代わるため、機関の出力が短時間ではあるが急上昇するという問題がある。すなわち、通常時に（燃料＋水＋燃料）の順に噴射している場合、水噴射が停止してしまうと、水の部分が燃料と入れ代わり、（燃料＋燃料＋燃料）で噴射してしまう。そのため、燃料の量が略１．５倍となり、出力が一時的に略１．５倍となってしまう。例えば、かかるディーゼル機関を発電システムに用いた場合、このようなことが実際に発生すると、電力の逆送等が発生して機関やシステム全体への悪影響が生じる。
【０００４】
本発明の目的は、水系統の故障等により水噴射が急に停止した場合であっても、ディーゼル機関の出力が急上昇するのを防止する水噴射式のディーゼル機関の燃料制御装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、燃料系統からの燃料と水系統からの水とを噴射弁からシリンダ内に噴射するディーゼル機関の燃料制御方法において、燃料系統の燃料制御装置はガバナ（６２）と燃料噴射減少装置（７０）とを含んでおり、水系統の故障により注水量が減少してある許容限界値を超えたときには、燃料噴射量減少装置（７０）が当該故障による注水量の減少量に応じて燃料噴射ポンプラックを引き戻して燃料の噴射量を減少させ、一定時間経過後に、前記燃料噴射ポンプラックの復帰速度で噴射量を減少させる前の燃料の噴射量に復帰させることを特徴とするディーゼル機関の燃料制御方法を提供する。また、本発明は、燃料系統からの燃料と水系統からの水とを噴射弁からシリンダ内に噴射するディーゼル機関の燃料制御装置において、燃料噴射ガバナ（６２）と、水系統からの注水量を検知して、注水量に関する注水量信号を生成する手段と、水系統の故障により注水量が減少してある許容限界値を超えたときには、その注水量信号が表す該故障による減少量に応じて燃料噴射ポンプラックを引き戻して燃料の供給量を減少させ、一定時間経過後に、前記燃料噴射ポンプラックの復帰速度で噴射量を減少させる前の燃料の供給量に復帰させるための減少信号を生成し、該減少信号を前記燃料噴射ガバナ（６２）からの信号から減算して、燃料の噴射量を一時的に減少させる燃料噴射量減少装置（７０）とを含んでなるディーゼル機関の燃料制御装置を提供する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明に係る燃料・水噴射装置を示すブロック図、図２は、本発明の燃料制御装置のブロック図である。
【０００７】
図１に示す燃料・水噴射装置は、水噴射燃料弁２０を挟んで燃料系統１と水系統２とからなる。燃料系統１において、燃料噴射ポンプ１０は、図示しない燃料タンクから燃料の供給を受け、吐出弁１２から燃料通路１４を通して水噴射燃料弁２０に燃料を吐出する。吐出弁１２と並列に等圧弁１６が設けられている。等圧弁１６は、水の圧力が高まったときに燃料の燃料噴射ポンプ１０側への逆流を許容する。水噴射燃料弁２０には、後述する水系統２から水通路２２を通して水が供給される。この水は水通路２２内の逆止弁２４を介して、燃料通路１４を通して供給された燃料と水噴射燃料弁２０内で層状に結合される。なお、通路１４および２２において、燃料は点線で示され、水は実線で示されている。エンジンが正常な運転を行っている際には、水噴射燃料弁２０の噴口２６からは、層状に結合された燃料と水が、内燃機関のシリンダ内に噴射される。
【０００８】
水系統２は、作動油供給ユニットもしくは油タンク３０、給油管３４とその配管中に設けられた油ポンプ３２、戻り油管３６水タンク４０、高圧水供給ユニットもしくは水ポンプ４２、水ポンプ４２への逆流を抑止する給水逆止弁４４、注水ユニット（注水器）４８内の注水ピストン５０への逆流を抑止する注水逆止弁４６などからなる。給油管３４および戻り油管３６を含む油通路は一点鎖線で示されている。
【０００９】
この水系統２には、さらに、注水ユニット４８、注水ピストン５０、電磁弁５２がある。注水ピストン５０の前面の第１空間部５０ａには、該注水ピストン５０が図で下方に位置するときに逆止弁４４および４６間の水が侵入する。そして、注水ピストン５０の背面の第２空間部５０ｂに油タンク３０からの作動油が供給されて、注水ピストン５０が図で上方に移動したときに、第１空間部５０ａ内の水が水通路２２の逆止弁４４および４６間に吐出される。圧力が十分に高まると、逆止弁４６を通って水が水噴射燃料弁２０へと供給される。電磁弁５２は、コントローラ５４からの信号に基づき、油タンク３０からの作動油を第２空間部５０ｂに供給したり引き抜いたりするよう切り替えられる。
【００１０】
コントローラ５４は、（１）エンジン回転数信号、（２）エンジン負荷信号、（３）クランク軸ＴＤＣ信号を入力して、水ポンプ４２、油ポンプ３２、燃料噴射ポンプ１０の図示しない燃料噴射ポンプラック（配設したシリンダの燃料噴射量を制御する装置で、図示していないが、例えば特開平５−３３６７６号公報に示されるようなものがある）の駆動を制御する。
【００１１】
なお、油タンク３０にはこの油タンク３０内の油のレベルを検出するための油レベル計３０ａが、油ポンプ３２の下流側の給油管３４には給油圧計３２ａが、タンク４０には該水タンク４０内の水のレベルを検出するための水レベル計４０ａが、そして水ポンプ４２の下流側の水通路２２には水圧計４２ａがそれぞれ設けられており、コントローラ５４は、これらの計器からの信号を受けて、水系統２における水の供給が正常か否かを常時監視している。
【００１２】
図２に示す燃料制御装置は、燃料噴射時に燃料噴射ポンプ１０から吐出される燃料の量を制御するものであり、通常の動作時は、ＰＩＤ６０を含むガバナ６２が、機関の出力がある一定値となるように燃料の制御している。むろんこの燃料の供給は時間的に変化するものであるが、船舶用や発電用のエンジンの場合には、比較的短時間でみると、ほぼ一定であると簡略化して考えることができる。第１関数発生器６４、第２関数発生器６６および減算器６８を含む燃料噴射量減少装置７０は、コントローラ５４からの注水量の減少を現す信号を受けた時に、その減少量に応じて燃料噴射量を減少させるものである。この燃料噴射量減少装置７０が本発明の主要部を構成するものである。
【００１３】
次に、図１と図２を参照しその作用について説明する。水ポンプ４２および作動油ポンプ３２が運転される所定の圧力になっている。このとき水は給水逆止弁４４を押しあげ、注水ピストン５０の前面の第１空間部５０ａに供給される。コントローラ５４からの指示信号により電磁弁５２が作動すると油タンク３０から油ポンプ３２により供給される作動油圧力が注水ピストン５０の背面の第２空間部５０ｂに作用する。作動油の圧力は注水ピストン５０を図の上方に移動させ、第１空間部５０ａに先に供給されていた水は水通路２２の逆止弁４４および４６間に押し出される。このとき、給水逆止弁４４は閉じるため、水は、注水逆止弁４６と水路逆止弁２４を押しあげ、水噴射燃料弁２０において、実線で示すように燃料通路１４内へ注入される。この注入水により燃料通路１４内の燃料は等圧弁１６を押しあけて燃料噴射ポンプ１０側に押し戻される。
【００１４】
その後、電磁弁５２の励磁が解放されると注水ピストン５０の背面の第２空間部５０ｂに作用していた作動油は油タンク３０に排出されるため圧力が下がり、注水ピストン５０はその前面の第１空間部５０ａに作用する水圧により元の位置に復帰し、次のサイクルヘの待機状態になる。前記した水噴射燃料弁２０内への注水は、燃料噴射ポンプ１０から燃料が吐出されていない時期に行なわれることとなる。
【００１５】
燃料噴射のタイミングになると燃料噴射ポンプ１０内の図示しないプランジャが押し上げられて、燃料噴射ポンプ１０内の燃料を圧縮し、吐出弁１２を押しあげ、燃料通路１４へ圧力が伝播する。さらに燃料通路１４内の圧力が水噴射燃料弁２０における開弁圧力より高くなると、先端の噴口２６より、まず残留燃料２０ａ、次に燃料通路１４内まで注入された水２０ｂ、その後さらに注入水の上流側の燃料通路１４の燃料２０ｃの順に燃料と水が燃焼室内に噴射され、１サイクルの燃料・水噴射を完了する。
【００１６】
このような燃料・水噴射装置において、正常時には、コントローラ５４から図２の第１関数発生器６４に与えられる注水量を表す電流信号Ｉは正常範囲にある。第１関数発生器６４の関数形が図３のグラフに示されており、横軸に注水量Ｉを、縦軸に燃料噴射ポンプラック引戻し量△Ｒｃを表す。注水量を表す信号Ｉが０から許容限界値ａｂ１までの間の正常範囲にある間は、燃料噴射ポンプラック引戻し量△Ｒｃは０である。従って、図２に示すガバナ６２が出力する燃料の量を表す信号に基づいて、図１の燃料噴射ポンプ１０は燃料を燃料通路１４に供給している。
【００１７】
水系統２に何等かの異常が生じ、油レベル計３０ａ、給油圧計３２ａ、水レベル計４０ａ、および水圧計４２ａからの信号に基づいてコントローラ５４が出力する、水通路２２への注水量に対応する信号Ｉが許容限界値ａｂ１を超える。この信号がある異常値ａｂ２までになるとすると、この異常値に対応して、第１関数発生器６４の図３に示される関数形に応じたラック引戻し量△Ｒｃが第１関数発生器６４から出力され、それが第２関数発生器６６に与えられる。この信号△Ｒｃは、注水量相当のラック量であり、異常時のラック引き戻し量となる。
【００１８】
第２関数発生器６６の関数形が図４に示されている。△Ｒｃの値に対応して第２関数発生器６６の関数形により得られた値が、ガバナ６２からの信号から減算器６８でもって減算される。すなわち、第１関数発生器６４からのラック引戻し量△Ｒｃがある場合、すなわちラック引戻し量△Ｒｃが０でなかった場合に、引戻し量△Ｒｃの分だけ燃料噴射ポンプラックが引き戻される。そして、ガバナ６２が出力する燃料の量を表す信号から、引戻し量△Ｒｃに相応する燃料分の信号を差し引いた信号に基づいて、図１の燃料噴射ポンプ１０は燃料を燃料通路１４に供給する。すなわち、燃料通路１４に供給される燃料は引戻し量△Ｒｃに相応する分だけ減少される。そして同時に異常の有る水系統２の運転は停止される。その後、引戻し状態でのホールド時間を表す一定時間τの経過後に、燃料噴射ポンプラック復帰速度αでもって徐々に最初のラック量、すなわちガバナ６２が出力する燃料の量に緩やかに戻され、ガバナにより出力が一定になるよう制御される。△Ｒｃは異常発生時の注水量にて決定され、α、τの値は、各プラント毎に決定されるが、システムに応じて調整可能なパラメータである。
【００１９】
このように、水系統２が正常で適正な水の量を水通路２２に供給している場合は、燃料噴射ポンプ１０はガバナ６２からの信号に基づいて適正な量の燃料を燃料通路１４に供給している。しかし、水系統２に異常が生じて適正な量の水を水通路２２に供給できない場合は、その注水量の減少に応じて第１関数発生器６４に基づいて計算された量だけ燃料噴射ポンプ１０のポンプラック（図示せず）が引き戻される。そして、ガバナ６２からの信号から減算器６８で減算された量の燃料が燃料通路１４に供給されて、水系統は停止される。その後、一定時間の経過後に最初の燃料噴射量にゆっくりと戻され、ガバナ制御にて出力を一定に保つ。従って、水系統２に異常が生じて適正な量の水が水通路２２に供給されない場合でも、機関の出力が一時的に上昇してしまうという不都合が解消される。
【００２０】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、燃料系統からの燃料と水系統からの水とを噴射弁からシリンダ内に噴射するディーゼル機関において、水系統のコントローラから燃料系統のガバナヘ注水量の信号を送り、該注水量が異常に減少したときには、その減少量に応じて燃料の噴射量を減少させて、その後に燃料の噴射量を復帰させるようにしたので、水系統の故障等により水噴射が停止した場合であっても、ディーゼル機関の出力が急上昇してしまうことがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料・水噴射装置を示すブロック図である。
【図２】本発明の燃料制御装置のブロック図である。
【図３】第１関数発生器の関数形を示す図である。
【図４】第２関数発生器の関数形を示す図である。
【符号の説明】
１  燃料系統
２  水系統
１０  燃料噴射ポンプ
１２  吐出弁
１６  等圧弁
１４  燃料通路
２０  水噴射燃料弁
２２  水通路
２４  逆止弁
２６  噴口
３０  油タンク
３０ａ  油レベル計
３２  ポンプ
３２ａ  給油圧計
３４  給油管
３６  戻り油管
４０  水タンク
４０ａ  水レベル計
４２  ポンプ
４２ａ  水圧計
４８  注水ユニット
５０  シリンダ
５２  電磁弁
５４  コントローラ
６０  ＰＩＤ
６２  ガバナ
６４  第１関数発生器
６６  第２関数発生器
６８  減算器
７０  燃料噴射量減少装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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