JP2002138905A

JP2002138905A - ディーゼルエンジン・システム

Info

Publication number: JP2002138905A
Application number: JP2000332241A
Authority: JP
Inventors: Shinichiro Sakurai; 櫻井眞一郎; Tomohiro Shinoda; 篠田智博
Original assignee: S & S Engineering Kk; S&S Engineering Corp
Current assignee: S & S Engineering Kk; S&S Engineering Corp
Priority date: 2000-10-31
Filing date: 2000-10-31
Publication date: 2002-05-17

Abstract

(57)【要約】【目的】ディーゼルエンジンの動力性能と排気浄化性
能とを最適に両立させ、かつ急勾配登坂時等におけるト
ルク不足を解消したディーゼルエンジン・システムを提
供する。【構成】軽油タンク４、水タンク５、乳化剤カートリ
ッジ６からそれぞれ供給される軽油、水、乳化剤を流量
制御弁１１〜１３で水比率を調整したエマルション燃料
が燃焼室４１へ供給される。この水比率は、通常、アク
セル開度３９の信号に応じた基本水比率にされる（ステ
ップＳ３）が、アクセルペダル開度に対応する車両の目
標加速度と実加速度の差が所定値以上になったら（ステ
ップＳ７）、基本水比率をこの水比率が減少する（ステ
ップＳ８）方向に修正するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、排気ガス中、特に窒素
酸化の生成を抑制するようにしたディーゼルエンジン・
システムに関する。

【０００２】

【従来技術】ディゼルエンジンの窒素酸化物（ＮＯｘ）
低減技術としては、燃料と水を層状に燃焼室へ噴射する
もの（平成９年５月３０日株式会社山海堂発行宮
下直也、黒木秀雄共著による「自動車用ディーゼルエ
ンジン」第４９頁〜第５０頁の記載のもの）や、燃料に
水と乳化剤を加えてエマルション燃料として燃焼室へ供
給するようにしたもの（特開平７−１６６９６２号公報
に記載のもの）等が知られており、これらは水により燃
焼室での最高燃焼温度を低下させることで窒素酸化物の
生成を抑制するようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
のディーゼルエンジン・システムにあっては、燃料に対
する水の比率が常に一定であるため、エンジンの幅広い
稼働領域で動力性能と排気浄化性能とを最適に両立させ
ることが難しかった。

【０００４】

【発明の目的】本発明の目的は、上記問題点を解決し、
エンジンの幅広い稼働領域にあっても動力性能と排気浄
化性能を両立させることのでき、かつこの場合、急勾配
での登坂など走行負荷が大きくなったときでも要求トル
クが大幅に不足することがないようにしたディーゼルエ
ンジン・システムを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のディーゼルエン
ジン・システムにあっては、軽油・重油といった燃料を
供給可能な燃料供給装置と、水を供給可能な水供給装置
とを有する。これらから供給された燃料と水は、水比率
調整装置でエンジン稼働状態に応じて供給燃料量に対す
る供給水量（水比率）を変えることができるようにして
ある。この水比率調整装置としては、たとえば可変流量
制御弁を燃料用、水用（乳化剤を加える場合は乳化剤
用）にそれぞれに設け、その流路面積を変えることで各
流量を調整可能とする。この燃料への水添加は、水だけ
で行ってもよく（いわゆる水噴射等）、水と乳化剤とを
加えてエマルション燃料としてもよい。水比率調整装置
で調整された水と燃料は、燃料噴射弁から燃焼室へ噴き
込まれて燃焼され、エンジン出力を発生する。一方、上
記水比率調整装置を制御するため、アクセルペダル踏み
込み相当量を検出可能なアクセルペダル踏み込み相当量
検出手段と、このアクセルペダル踏み込み量検出手段か
ら車両の目標加速度を得る目標加速度設定手段とが設け
られる。上記目標加速度としては、たとえば、要求ト
ルク量に対し２名乗車での平たん路走行時に得られる加
速度とする。また、車両の実加速度を検出する実加速度
検出手段も設けられる。実加速度としては、たとえば、
車輪速やスピードメータから車速を検出して演算で得た
り、エンジンの回転加速度から演算して得る。ここで、
上記車両の目標加速度、実加速度は、車両そのものの加
速度、車輪加速度、エンジンの回転加速度など車両を加
速（減速度も含む）する大きさに関係するものであれば
良い。検出したアクセル踏み込み相当量から対応する目
標加速度を決める目標加速度設定手段が設けられて、加
速度差演算手段で目標加速度から実加速度を減算して加
速度差を得るようにする。この加速度差が所定値以上と
なったらトルク不足時であると判断するトルク不足判断
手段が設けられる。また、水比率決定手段が設けられ
て、検出したアクセルペダル踏み込み相当量が大きいほ
ど水比率を増大させる基本水比率を決定するものの、上
記トルク不足判断手段がトルク不足と判断したら基本水
比率をこの水比率が減少するように修正する。そして、
このようにして決定した水比率（基本水比率か修正水比
率か）になるように水比率調整装置で供給燃料を調整す
る。

【０００６】上記ディーゼルエンジン・システムにあっ
ては、望ましくは、水比率の減少修正を、加速度差が大
きいほど水比率が小さくなるように設定する。上記ディ
ーゼルエンジン・システムにあっては、望ましくは、上
記水比率決定手段を、上記トルク不足で水減少の修正を
行い実加速度が増加した結果、加速度差が所定値より小
さい設定値以下となったら水減少の修正を解除するよう
にしている。上記ディーゼルエンジン・システムにあっ
ては、望ましくは、上記所定値を、検出したアクセルペ
ダル踏み込み相当量に応じて異ならせて設定する。この
所定値は、エンジン特性や車種の性格に応じて決定す
る。また、上記ディーゼルエンジン・システムにあって
は、望ましくは、上記トルク判断手段が、アクセルペダ
ル踏み込み相当量が所定時間内に所定値以上増加したに
もかかわらず、このアクセル踏み込み相当量に応じた目
標加速度から実加速度を減算した加速度差が上記所定値
以上となるときにトルク不足と判定するようにしてあ
る。すなわち、加速しようとアクセルペダルを踏み込ん
でも、通常の加速度より所定値以上低い加速度しか得ら
れないとき、はトルク不足と判定する。また、上記ディ
ーゼルエンジン・システムにあっては、望ましくは、上
記トルク不足判断手段が、アクセルペダル踏み込み相当
量が所定時間内に実質的に変化しないにもかかわらず、
所定時間内に車速が所定以上の減速するときにトルク不
足と判定するようにしてある。すなわち、アクセルペダ
ルを実質的に一定に保持しているのにもかかわらず、実
加速度が所定以上で減速するとき、トルク不足時と判定
する。上記ディーゼルエンジン・システムにあっては、
望ましくは、上記トルク不足判断手段が、アクセルペダ
ルが最大踏み込み位置まで踏み込まれている場合であっ
て、加速度差が所定値以上となったときトルク不足と判
定する。上記ディーゼルエンジン・システムにあって
は、望ましくは、上記水比率調整装置が、水及び燃料に
乳化剤が追加供給されてエマルション燃料を作り出すよ
うにしてある。なお、この場合、エマルション燃料は、
油中水滴型（Ｗ／Ｏ型）とするのが望ましい。

【０００７】

【発明の作用・効果】水供給装置及び燃料供給装置から
それぞれ供給された水及び燃料は、アクセルペダル踏み
込み相当量が増大するほど水比率が増大するように設定
した基本水比率に基づき、検出したアクセルペダル踏み
込み相当量に応じた水比率となるように水比率調整装置
で燃料量と水量を調整する。この結果、動力性能と排気
浄化性能を最適に両立させることができる。一方、検出
したアクセルペダル踏み込み相当量に対応する車両の目
標加速度が決定され、加速度差演算手段でこの目標加速
度から検出した実加速度が減算される。この加速度差
は、トルク不足判断手段で、所定値と比較されて加速度
差が所定値以上であればトルク不足と判断される。トル
ク不足と判断されたら、水比率決定手段で上記基本水比
率をこの水比率が減少するように修正し、この水比率と
なるように水比率調整装置を制御する。したがって、急
勾配の登坂時などでは、水比率が平たん路等での通常走
行時より減らされる結果、エンジンの出力トルクが増大
し必要な動力性能が確保される。水比率が減少すること
で、エンジンから排出される排気ガスが悪化する方向と
なるが、この水比率制御時にあっては走行負荷が大きく
エンジン回転速度が遅くなるため通常走行時に比べＮＯ
ｘが減少する。逆にカーボン等は増加するが、これらは
ＮＯｘと異なり排気系にＤＰＦ（ディーゼル・パーティ
キュレート・フィルタ）で簡単に除去することができ
る。

【０００８】水比率の減少修正は、加速度差が大きいほ
ど水比率が小さくなるようにすることで、動力性能と排
気ガス浄化との両立をさらによくすることが可能とな
る。また、トルク不足で基本水比率をこの水比率が減少
するように修正しエンジンの出力トルクが増大した結
果、加速度が上がっていき目標と実際の加速度差が上記
所定値より小さい値に設定した設定値以下となったら、
水比率減少の修正を停止し基本水比率に復帰する。これ
により、エンジン出力を必要なトルクに抑えて排気ガス
をより浄化することが可能となる。上記所定値は、アク
セルペダル踏み込み相当量に応じて異ならせるように設
定すれば、エンジン特性や車両の性格に合わせてより細
かく制御することが可能となり、動力性能と排気浄化性
能とを両立させることができる。この場合、たとえば、
所定値をアクセルペダル踏み込み相当量が大きくなるほ
ど増加するようにすると、最高トルクが不足しがちなエ
ンジンの車両やスポーティな車両、重い積み荷を運ぶ車
両などによりかなうようにできる。逆に、所定値をアク
セルペダル踏み込み相当量が大きくなると減少するよう
にすると、最高トルクに比較的余裕のあるエンジンの車
両、あるいは加速を重視しない車両、また軽い積み荷し
か運ばない車両などによりかなうようになる。また、設
定値をアクセルペダル踏み込み相当量に応じて異ならせ
るようにすると、エンジン特性や車両の性格に合ったよ
り細かい制御が可能となり、動力性能と排気浄化性能と
を両立させることが可能となる。この場合、設定値をア
クセルペダル踏み込み相当量が大きくなると小さくなる
ように設定すれば、最高トルクが不足しがちなエンジン
の車両やスポーティな車両、また重い積み荷を運ぶ車両
にかなうようにできる。逆に、設定値をアクセルペダル
踏み込み相当量が大きくなると大きくなるように設定す
ると、最高トルクに比較的余裕のあるエンジンの車両、
加速度を重視しない車両、あるいは軽い積み荷しか運ば
ない車両などによりかなうようになる。上記トルク不足
判断手段は、アクセルペダルを踏み込んでも加速度差が
所定値以上となったときトルク不足と判断し、あるいは
アクセルペダル踏み込み相当量が実質的に変化しないに
もかかわらず、所定以上に減速していくときトルク不足
と判断するようにしている。したがって、前者では積極
的に加速したいときのトルク（したがって加速度）不足
を検出できるし、後者では減速要求がないにもかかわら
ず急勾配で走行負荷が急増したときのトルク不足を検出
できる。また、トルク不足判断手段は、アクセルペダル
踏み込み相当量が最大のときであって、上記加速度差が
大きくなる場合、あるいは減速が大きくなるときのみ、
水比率減少の修正をするようにすれば、より排気ガス浄
化を期待でき動力性能はアクセルペダルを踏み込んでこ
れ以上踏めないという極限状態で初めて水比率減少の修
正をする。最大エンジン出力に比較的余裕があるエンジ
ンに向いている。また、燃料をエマルション燃料にすれ
ば動力性能と排気性能の両立確保がよりコントロールし
やすくなる。

【０００９】

【実施態様】図１に示すように、本願発明の実施態様の
ディーゼルエンジン・システムは、燃料、水、乳化剤を
混合してエマルション燃料を作り出す燃料供給システム
１と、この燃料供給システム１で作られ供給されたエマ
ルション燃料を燃焼することで駆動出力を得るディーゼ
ルエンジン２とを有する。このディーゼルエンジン・シ
ステムには、ディーゼルエンジン２から排出された排気
ガスを浄化する排気ガス浄化装置システム３を設ける。
以下、これらにつき、より詳細に説明していく。

【００１０】燃料供給システム１は、燃料としての軽油
を蓄える軽油タンク４、水を蓄える水タンク（水供給装
置）５、及び乳化剤を蓄える乳化剤カートリッジ（乳化
剤供給装置）６を有する。軽油タンク４、水タンク５、
及び乳化剤カートリッジ６にはそれぞれ電気モータで駆
動される燃料ポンプ７、水ポンプ８、乳化剤ポンプ９の
吸い込み口が接続され、これらのポンプ７〜９の駆動が
エマルション・コントローラ１６により各々独立して制
御される。各ポンプの吐出し口は、それぞれ可変流量制
御弁（比率調整装置）１１〜１３を通過した後、合流さ
れて静止型ミキサ１５の入口に流入するようにしてあ
る。これらの可変流量制御弁１１〜１３は、エマルショ
ン・コントローラ１６によりそれぞれの流路面積が独立
して制御されるようにしてある。なお、ここで、軽油タ
ンク４及び燃料ポンプ７は燃料供給装置を構成し、水タ
ンク５及び水ポンプ８は水供給装置を構成し、乳化剤カ
ートリッジ６及び乳化剤ポンプ９は乳化剤供給装置を構
成するが、水ポンプ８、乳化剤ポンプ９は必ずしも必要
ではなく吸引させるようにすることも可能である。ま
た、可変流量制御弁１１と可変流量制御弁１２とは、水
比率調整装置を構成する。静止型ミキサ１５の出口は、
噴射ポンプ２３の吸込み口に接続される。静止型ミキサ
１５と噴射ポンプ２３との間の燃料供給路中には、供給
流量センサ２０が設けられ、静止型ミキサ１５から噴射
ポンプ２３へ供給されるエマルション燃料の流量が絶え
ず検出され、この流量信号がエマルション・コントロー
ラ１６へ送られる。燃料、水の各タンク４、５及び乳化
剤カートリッジ６から可変流量制御弁１１〜１３や静止
型ミキサ１５、噴射ポンプ２３を介して燃料噴射弁２２
を接続する通路は、サプライ通路４５を構成する。

【００１１】３１はリターンリザーバであり、燃料噴射
弁２２からドレインされたエマルション燃料がリターン
通路４６を介して導かれて、ここに蓄えられる。リター
ンリザーバ３１には、電気モータ駆動によるリターンポ
ンプ１０の吸込み口が接続され、リターンリザーバ３１
内の戻り燃料を吸い出し可能となっている。リターンポ
ンプ１０は、この吐出し口が可変流量制御弁１４を介し
て静止型ミキサ１５の入口へつながれている。したがっ
て、リターンリザーバ３１内の戻りエマルション燃料
は、再度、静止型ミキサ１５へ戻るが、このとき、軽油
タンク４からの軽油、水タンク５からの水、乳化剤カー
トリッジ６からの乳化剤の少なくともいずれかが一緒に
静止型ミキサ１５に供給可能とされ、最適な水比率（軽
油に対する水の比率）となるようにしている。また、高
速巡航を続けるときなど水比率が実質的に変化しない場
合は、戻りエマルション燃料単独で静止型ミキサ１５に
供給可能である。リターンリザーバ３１には、この中の
戻りエマルション燃料の水比率を測定する液比重測定セ
ンサ３２が設けられて、ここで検出した水比重信号をエ
マルション・コントローラ１６へ入力させるようにして
ある。なお、水比率を測定するには、この液比重測定セ
ンサによる他、液の視覚的濃さを光学的に測定するセン
サを用いるなどしてもよい。また、リターンリザーバ３
１には、この中の戻りエマルション燃料を撹拌可能な撹
拌器４４が取付られて、この撹拌器４４の駆動がエマル
ション・コントローラ１６で制御される。なお、軽油タ
ンク４、水タンク５、乳化剤カートリッジ６、リターン
リザーバ３１には、それぞれ残量センサ１７、１８、１
９、３３が設けられて、逐一、各残量信号をエマルショ
ン・コントローラ１６に送られて、残量警告を発した
り、残量に応じて目標水比率を変更することができるよ
うにしてある。

【００１２】噴射ポンプ２３の吐出し口が燃料噴射弁２
２に接続され、燃料噴射弁２２が、この噴射時期、噴射
期間等につきエンジン・コントロール・ユニット３８で
制御される。燃料噴射弁２２は、シリンダヘッド４２に
取付られて、その噴射口がディーゼルエンジンのシリン
ダ２５とピストン２４とで形成される燃焼室４１に臨
み、エマルション燃料を吹き込み可能にしている。シリ
ンダヘッド４２には吸入空気導入のための吸入ポート２
７と排気ガス排出のための排気ポート２８が設けられ、
それぞれ吸気バルブ２９と排気バルブ３０とで燃焼室４
１と各ポート２７、２８間を開閉するようになってい
る。シリンダ２５には冷却水通路が設けられており、こ
の冷却水路の水温を検出する冷却水温度センサ２６が取
付られて、冷却水温度信号をエンジン・コントロール・
ユニット３８へ送るようになっている。エンジン・コン
トロール・ユニット３８には、アクセル開度センサ（ア
クセルペダル踏み込み相当量検出手段）３９、エンジン
回転数センサ４０等からそれぞれアクセル開度信号、エ
ンジン回転数信号等が入力され、ディーゼルエンジンの
運転に必要な噴射時期、噴射期間等を決定するようにし
てある。なお、エンジン・コントロール・ユニット３８
は、燃料供給のための要求燃料情報信号（噴射量、噴射
時期等に関する信号）をエマルション・コントローラ１
６へ伝える。

【００１３】排気ガス浄化装置システム３では、ディー
ゼルエンジンの排出ポート２８がエクゾーストパイプを
介して排気ガス浄化装置としてのＤＰＦ３４に接続され
ている。なお、排気ポート２８には燃焼温度センサ３５
が設けられ、ディゼルエンジンから排出された排気ガス
の温度を検出して、この温度信号をエマルション・コン
トローラ１６へ送るようにしてある。上記ＤＰＦは、上
流側の酸化触媒反応室３４ａと下流側の灰分蓄積室３４
ｂから構成されている。酸化触媒反応室３４ａは、ニッ
ケルなどを用いて排気ガス中の粒子状物質（主に炭素
Ｃ）を酸化させる触媒を有し、内部に配置した電気ヒー
タ４３にて酸化触媒反応室３４ａ内を加熱可能である。
この電気ヒータ４３は、プレヒータ・コントローラ３７
により制御される。酸化触媒反応室３４ａには、さらに
この室内温度を検出する反応室温度センサ３６が設けら
れ、これで検出した反応室温度信号がプレヒータ・コン
トローラ３７とエマルション・コントローラ１６へ送ら
れるようにしてある。

【００１４】次に、上記構成になるディーゼルエンジン
の排気ガス浄化システムの作用につき、説明する。ま
ず、エンジンを始動には、スタータスイッチをＯＮにし
てスタータを回転しディーゼルエンジンに回転力を与え
る。この始動時にあっては、反応室温度センサ３６から
の温度信号及び燃焼温度センサ３５からの排気ガス温度
信号が、エマルション・コントローラ１６に送られ、前
者が酸化触媒活性化温度より低いこと、後者が通常運転
時の排気ガス温度より低いことが判断され、エマルショ
ン・コントローラ１６により、水タンク５用、乳化剤カ
ートリッジ６用、及びリターンリザーバ３１用の各可変
流量制御弁１２、１３、１４が閉じられ、軽油タンク４
用の可変流量制御弁１１のみがアイドル運転に必要な量
の流路面積分だけ開くとともに、燃料ポンプ７のみが駆
動され、その他のポンプ８〜１０は停止したままにされ
ている。

【００１５】また、始動とともに、リターンリザーバ３
１に設けられた撹拌器４４を回転駆動させることで、始
動までしばらくエンジン停止してリターンリザ―バ３１
内のエマルション燃料が分離していたとしても、再度か
き混ぜることでエマルション化させる。したがって、こ
の目的で、始動前のエンジン停止から今回の始動までの
経過時間、温度等がエマルション・コントローラ１６に
入力される。そして、停止後、間もない始動の場合な
ど、分離が生じている心配のない場合の始動時は、撹拌
器４４を駆動しないようにすることもできる。

【００１６】始動に伴って、上記可変流量制御弁１１か
ら静止型ミキサ１５に供給された１００％軽油だけの燃
料は、次いで噴射ポンプ２３に送られる。噴射ポンプ２
３は、エンジン・コントロール・ユニット３８で制御さ
れて、あらかじめ吸気ポート２７から空気が吸入されて
いる燃焼室４１内に、上記軽油を最適な噴射タイミング
で最適な噴射時間だけ噴射する。吸気弁２９、排気弁３
０が吸気ポート２７、排気ポート２８を閉じた状態の中
をピストン２４が上昇し、この圧縮熱により軽油が着火
され、この燃焼によるガス膨張でピストン２４を押し下
げ、エンジンを回転駆動することができるようになる。
この始動にあっては、燃料は１００％軽油であり、水は
入っていないので、通常のディーゼルエンジンと同様に
容易に始動することが可能となる。このとき、エンジン
は冷えており、またアイドル運転状態にあることから、
エンジンから排出される排気ガス中のＮＯｘの発生量は
少ないものの、ＰＭ（パーティキュレート・マター）、
ＨＣ（炭化水素化合物）、ＣＯ（一酸化炭素）は増大す
る。しかしながら、ＤＰＦ３４の反応室温度センサ３６
における検出温度が酸化触媒活性化温度より低いので、
プレヒータ・コントローラ３７は、電気ヒータ４３を急
速に加熱する。また、軽油１００％の燃焼とすること
で、エマルション燃料供給時よりも排気ガスの温度を高
くでき、電気ヒータ４３とでできるだけ早くＤＰＦ３４
を温め、エンジンから排出されたＰＭ、ＨＣ、ＣＯをＤ
ＰＦ３４の酸化触媒反応室３４ａで酸化し、排気ガスを
浄化する。

【００１７】ここで、エンジンの暖機が終了し車両を走
行させるべく、アクセルペダルを踏み込む。エマルショ
ン・コントローラ１６は、エンジン・コントロール・ユ
ニット３８、燃焼温度センサ３５、反応室温度センサ３
６等からそれぞれ信号を受け、エマルション燃料におけ
る最適な水比率等を決定する。上記最適な水比率のエマ
ルション燃料を作り出すべく、エマルション・コントロ
ーラ１６は、ポンプ７〜１０を駆動し、可変流量制御弁
１１〜１４をこれらの開口面積がそれぞれ最適流路面積
になるように開口制御する。この結果、軽油タンク４、
水タンク５、乳化剤カートリッジ６、リターンリザーバ
３１からそれぞれ軽油、水、乳化剤、戻りエマルション
燃料が上記の水比率を得るのに必要な量分調整されて、
静止型ミキサ１５に供給される。

【００１８】なお、ここで、始動時などリターンリザー
バ３１内の戻りエマルション燃料が十分撹拌されエマル
ションが安定化するまでは、ポンプ１０が停止され、可
変流量制御弁１４は閉じられたままとされ、軽油タンク
４、水タンク５、乳化剤カートリッジ６から供給されて
新しいエマルション燃料が作られるようにする。しかし
上記以外は、リターンリザーバ３１内の戻りエマルショ
ン燃料を、燃料再供給通路４７を介してサプライ通路４
５のミキサ１５の入口側へ戻す。静止型ミキサ１５への
供給は、この戻り燃料を基本的には優先し、足りない分
を軽油タンク４、水タンク５、乳化剤カートリッジ６か
ら供給することで、静止型ミキサ１５で噴射ポンプ２３
へ供給するエマルション燃料を作り出すようにする。こ
れにより、一度エマルション化した燃料が時間経過によ
り分離して不安定になる前に再利用できるので、エマル
ション燃料の安定供給、分離した戻りエマルション燃料
をまた撹拌することも不要となる。なお、燃料噴射弁２
２からドレインされてリターンリザーバ３１へ導かれる
戻りエマルション燃料の量は、多いものでは燃料噴射弁
２２で噴射されるエマルション燃料の２倍〜４倍程度に
もなるので、できるだけ早く再利用することが望まし
い。

【００１９】この場合、リターンリザーバ３１内の戻り
エマルション燃料の水比率を、液比重測定センサ３２で
検出してエマルション・コントローラ１６へ送り、ここ
で得たこの水比率の情報及び戻りエマルション燃料の再
供給量を考慮して、戻りエマルション燃料の量、軽油タ
ンク４・水タンク５・乳化剤カートリッジ６からそれぞ
れ供給する軽油・水・乳化剤の量を決定して、ポンプ７
〜１０と可変流量制御弁１１〜１４を制御して最適な水
比率のエマルション燃料を作り出せるようにする。な
お、上記戻りエマルション燃料の供給量は、ポンプ１０
の能力と可変流量制御弁１４の開口面積から決定する
が、さらに測定オーダーを上げたいときは、リターンリ
ザーバ３１と可変流量制御弁１４の出口との間の途中に
流量測定センサを設ければ良い。

【００２０】静止型ミキサ１５は、供給される軽油、
水、乳化剤、戻りエマルション燃料を混ぜ合わせること
で油中水滴型（Ｗ／Ｏ型）のエマルション燃料を作り、
これを噴射ポンプ２３へ送る。このときのエマルション
燃料の噴射ポンプ２３への供給流量は、供給流量センサ
２０でモニターされ、エマルション・コントローラ１６
へ送られることで、最適なエマルション燃料を作り出す
のにフィードバックされる。上記のように、負荷、排気
ガス温度温度等を元に最適化された水比率のエマルショ
ン燃料は、噴射ポンプ２３へ供給され、エンジン・コン
トロール・ユニット３８で制御されながら、燃料噴射弁
２２から最適噴射時期に最適噴射期間、燃焼室４１へ噴
射される。噴射に伴い、燃料噴射弁２２からドレインさ
れたエマルション燃料は、リターン流量センサ２１でそ
の量を検出されながら、リターンリザーバ３１へ送られ
る。

【００２１】上記最適な水比率の決定は、以下のように
行われる。なお、以下の水比率では体積比率を指すが、
質量比率でもほとんど変わらない。また、乳化剤は、親
水性と親油性の釣り合いを表すＨＬＢが６程度であり、
その供給量は、燃料と水との質量の１．２％程度（体積
では１．５％程度）とするのが望ましい。水比率は、基
本的には、アクセルペダルの踏み込み量（要求トルク）
をベースにしてなされる。すなわち、通常走行時にあっ
ては、軽油：水がほぼ９５：５〜８０：２０の範囲でア
クセルペダルの踏み込み量が大きくなるほど、水比率が
高まる方へ制御する。なお、エンジンや燃焼条件によっ
ては、８０：２０までではなく７０：３０まで水を増や
すことも実用上可能である。この結果、エマルション燃
料によりエンジン内での燃焼温度が抑えられ、Ｎ０ｘの
発生が大きく低減される。ただし、アクセルペダル踏み
込み量が小さいときには、水を添加しないときよりもＰ
Ｍが増加する。しかしながら、排気ガス中のＰＭは、Ｄ
ＰＦ３４に入り、ここの酸化触媒反応室３４ａ内の酸化
触媒により酸化されてＣＯ_２に変えられる。また、排気
ガス中のＨＣも同様に、ＤＰＦ３４の酸化触媒反応室３
４ａでＣＯ _２とＨ_２Ｏとに変えられる。なお、燃え残っ
た灰分は、酸化触媒反応室３４ａ下流の灰分蓄積室で捕
集され、外には排出されない。ただし、この灰分の量は
少ない。

【００２２】上記のように、エマルション燃料の水比率
の最適化は、通常、アクセルペダル踏み込み量に応じて
なされるが、下記のような環境条件、運転条件にあると
きは、この基本水比率を修正する。エマルション燃料
は、燃焼条件等によっては、水のミニ爆発が生じ、燃費
等がよくなることもあるが、水を増やしていくとトルク
が水無しの場合より低下することがある。したがって、
積載量が多い状態で急勾配の坂道を登坂するときなどで
は、トルク不足が生じて走行に支障をきたしてしまうこ
とがある。そこで、このような場合には、図２に示すフ
ローチャートに基づき、エマルション燃料の基本水比率
を修正する。図２において、まず、ステップＳ０にてエ
ンジン始動とともにこのフローチャートによる制御がス
タートする。次いで、ステップＳ１でエマルション・コ
ントローラ１６内のメモリが初期化される。ステップＳ
２に進み、アクセル開度センサ３９からアクセルペダル
の開度を読み込む。ステップＳ３ではステップＳ２で読
み込んだアクセルペダル開度に基づき、上記で説明した
基本水比率を決定する。また、続くステップＳ４でアク
セル開度と車両目標加速度との関係データを記載したマ
ップから、ステップＳ２で読み込んだアクセルペダル開
度に相当する目標加速度を読み出す。ここで、上記マッ
プは、たとえば２名乗車で平坦路を走行するときのアク
セル開度と車両の加速度との関係のデータを実験でとっ
ておき作成する。このステップＳ４は、目標加速度設定
手段を構成する。一方、ステップＳ５では非駆動輪の回
転速度を読み込む。続いてステップＳ６にてＳ５で読み
込んだ車輪速に基づき車両の実加速度を演算する。これ
らステップＳ５、Ｓ６は、実加速度検出手段を構成す
る。

【００２３】ステップＳ７に進み、上記ステップＳ４で
得た車両の目標加速度からステップＳ６で得た車両の実
加速度を引き算して加速度差（減算値）を求め、この加
速度差としての減算値が所定値以上となっているか否か
を判断する。この所定値は、通常の運転者がトルク不足
と感じるときの加速度差のデータを実験的にとって決め
る。また、たとえばアクセル開度が大きいときはアクセ
ル開度が小さいときよりも所定値が大きくなるように設
定する。このステップＳ７は、トルク不足判断手段を構
成する。ここで、加速度差が所定値以上であると判断し
たら、ステップＳ８へ進み、ステップＳ３で決定した基
本水比率を減少する方向へ修正する。この場合、この水
減少修正量は、上記加速度差（減算値）の大きさに応じ
て変えるようにすることもできる。この場合、水減少量
（あるいは水減少率）は、加速度差が大きいほど多くす
るとよい。この修正は、水や乳化剤の可変流量制御弁１
２、１３をエマルション・コントローラ１６にて制御す
ることで実行される。この結果、燃料噴射弁２２から燃
料室４１へ噴出されるエマルション燃料は、水比率が通
常走行時より減少させられ（場合によっては水供給がカ
ットされ）、エンジンの出力トルクが増大し、トルク不
足を解消できる。なお、この水比率減少時にあっては、
負荷大となっておりエンジン回転速度も上昇を抑えられ
るので、通常走行時に比べカーボンは増すがＮＯｘは減
少する。増加するカーボンは、ＤＰＦ３４で捕捉しここ
で燃焼させるようにする。したがって、動力性能を向上
させてトルク不足を解消でき、エンジンからの排気もや
や悪化するものの浄化可能となる。

【００２４】水比率修正を行ったら、再度、加速度差を
検知し、この加速度差（減算値）が設定値以下となった
か否か判定する。この設定値は、上記所定値より小さい
値（マイナスでも可）に設定してあり、水比率を増加さ
せてもトルク不足と感じない値にしてある。このように
所定値と設定値とを異ならせヒステリシスを付けること
で、最適な水比率を確保しながら、水比率の制御がハン
チングするのを防止している。坂道の勾配がゆるやかに
なるなどして加速度差が設定値以下になったとステップ
Ｓ１０で判定したら、ステップＳ１１に進み、水比率減
少制御を停止して水を基本水比率まで増やしていく。そ
して、ステップＳ２へ戻り、この制御フローチャートを
停止命令が出るまで繰り返す。一方、ステップＳ７で加
速度差が所定値より小さいと判断されたら、トルク不足
はないと判断され、ステップＳ９へ進み、ステップＳ３
で決定した基本水比率となるように、エマルション・コ
ントローラ１６が水と乳化剤の可変流量制御弁１２、１
３を制御する。そして、ステップＳ２へ戻り、この制御
フローチャートを停止命令が出るまで繰り返す。なお、
上記ステップＳ３とＳ７〜Ｓ１２とは、水比率決定手段
を構成する。

【００２５】なお、図２のフローチャートでは、車両の
実加速度を車輪速から演算したが、スピードメータから
速度の時間あたりの変化を検出するようにしても良い
し、加速度に応じてマスの位置が変化するのを検出する
加速度計でもよい。なお、ここでの車両の加速度は、車
輪の加速度等も含むものとする。したがって、この場合
は、ステップＳ４での加速度の読み出しは、エンジンの
加速度をマップから読み出すことになる。エンジンの加
速度を用いる場合には、変速機の変速段との関係を考慮
しながら判断することになる。

【００２６】以上の他に、水比率の修正としては、反応
室温度センサ３６からの測定温度によるものがある。反
応室温度センサ３６で検出した排気ガス温度が酸化触媒
活性化温度（たとえば約４００℃）より低温側にあると
きは、軽油：水がほぼ９５：５となる方向へ水比率を下
げ、上記排気ガス温度が酸化触媒活性化温度以上の高温
側にあるときは軽油：水がほぼ８０：２０となる方向へ
水比率を上げるように、上記負荷に基づき決定した水比
率を修正する。上記修正量は、各エンジンの特性等によ
って決定する。なお、上記反応室温度センサ３６に代え
て燃焼温度センサ３５を用いることもできるが、この場
合、このセンサ位置での温度と酸化触媒反応室３４ａで
の温度との関係を考慮する必要がある。また、たまたま
ＤＰＦ３４の反応室温度が酸化触媒活性化の温度（たと
えば４００℃）より低くなったときは、水比率を下げ排
気ガスの温度を上げる。運転性が悪化する虞がない場合
や、わずかな温度低下の場合には、電気ヒータ４３での
み加熱する。

【００２７】また、急勾配の降坂時等にあって、アクセ
ルペダル踏み込み相当量が実質にゼロで、かつ車輪速等
から検出した車両の加速度が許容値を上まわるときは、
エンジンが駆動車輪側から回される状態になるので、基
本水比率をこの水比率が増大する方向に修正してもよ
い。このようにすれば、エンジン停止の虞なしに水を増
量でき排気浄化をより促進することができる。上記加速
度が上記許容値より小さい値以下となったら水比率増大
の修正は停止し基本水比率へ復帰させる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施態様に係るディーゼルエンジン・
システムを示す図である。

【図２】トルク不足の判断及び水比率の決定を実行する
制御のフローチャートを示す図である。

【符号の説明】

１燃料供給システム２ディーゼルエンジン３排気ガス浄化装置システム４軽油タンク（燃料供給装置）５水タンク（水供給装置）６乳化剤カートリッジ（乳化剤供給装置）１１〜１４可変流量制御弁（水比率調整装置）１５静止型ミキサ（ミキサ）１６エマルション・コントローラ２０供給流量センサ２２燃料噴射弁２３噴射ポンプ２６冷却水温度センサ２７吸入ポート２８排気ポート３１リターンリザーバ３２液比重計３４ＤＰＦ（排気ガス浄化装置）３５燃焼温度センサ（浄化関係センサ）３６反応室温度センサ（浄化関係センサ）３７プレヒータ・コントロール３８エンジン・コントロール・ユニット４３電気ヒータ（ヒータ）４４撹拌器４５サプライ通路４６リターン通路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｄ 41/10 ３７５Ｆ０２Ｍ 25/02 ＤＨＴＫ (72)発明者篠田智博神奈川県横浜市港北区新吉田町3219番５号株式会社エス・アンド・エスエンジニアリング内Ｆターム(参考） 3G091 AA18 AB02 AB13 AB15 BA14 CA04 DA01 DC01 EA00 EA07 EA17 EA18 EA39 FA01 3G092 AA02 AA06 AB03 AB15 AB17 BB20 EA01 EA02 EA08 EA15 EA17 FA17 GA12 HA01Z HC00Z HD01Z HD02Z HE01Z HE08Z HF08Z HF21Z HF23Z 3G301 HA02 JA25 KA12 LB11 LB13 MA11 NE01 PA01Z PB02Z PD11Z PD12Z PE01Z PE08Z PF01Z PF02Z PF03Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃焼室を備えたディーゼルエンジンと、前記燃焼室へ燃料を供給可能な燃料供給装置と、前記燃焼室へ水を供給可能な水供給装置と、前記燃料供給装置からの燃料と前記水供給装置からの水
とが供給され燃料に対する水の比率を調整して前記燃焼
室へ供給可能な水比率調整装置と、アクセルペダル踏み込み相当量を検出可能なアクセルペ
ダル踏み込み相当量検出手段と、該アクセルペダル踏み込み相当量検出手段から車両の目
標加速度を得る目標加速度設定手段と、前記車両の実加速度を検出する実加速度検出手段と、前記目標加速度から前記実加速度を減算して加速度差を
得る加速度差演算手段と、前記加速度差が所定値以上となったらトルク不足時であ
ると判断するトルク不足判断手段と、前記水比率を、前記アクセル踏み込み相当量が大きいほ
ど増大させるようにした基本水比率とするものの、前記
トルク不足判定手段がトルク不足であると判断したとき
は前記基本水比率をこの水比率が減少する方向へ修正す
るように前記水比率調整装置を制御する水比率決定手段
と、を備えたこと、を特徴とするディーゼルエンジン・
システム。
【請求項２】前記水比率の減少修正は、前記加速度差が
大きいほど、水比率が小さくなるように設定したこと、
を特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジン・シ
ステム。
【請求項３】前記水比率決定手段は、前記加速度差が前
記所定値より小さい設定値以下となったとき前記水減少
の修正を解除するようにしたこと、を特徴とする請求項
１又は２のいずれかに記載のディーゼルエンジン・シス
テム。
【請求項４】前記設定値は、前記アクセルペダル踏み込
み相当量の大きさに応じて異ならせたこと、を特徴とす
る請求項１から３のいずれかに記載のディーゼルエンジ
ン・システム。
【請求項５】前記所定値は、前記アクセルペダルの踏み
込み相当量が大きくなるほど、増加するようにしたこ
と、を特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のデ
ィーゼルエンジン・システム。
【請求項６】前記トルク不足判断手段は、前記アクセル
ペダル踏み込み相当量が所定時間内に所定量以上増加し
たにもかかわらず、前記加速度差が前記所定値以上とな
るときをトルク不足時と判断するようにしたこと、を特
徴とする請求項１から５のいずれかに記載のディーゼル
エンジン・システム。
【請求項７】前記トルク不足判断手段は、前記アクセル
ペダル踏み込み相当量が所定時間内に実質的に変化しな
いにもかかわらず、所定時間内に車速が所定以上の減速
するときトルク不足時と判断するようにしたこと、を特
徴とする請求項１から５のいずれかに記載のディーゼル
エンジン・システム。
【請求項８】前記トルク不足判断手段は、アクセルペダ
ルが最大踏み込み位置まで踏み込まれている場合にトル
ク不足時と判断するようにしたこと、を特徴とする請求
項６又は７のいずれかに記載のディーゼルエンジン・シ
ステム。
【請求項９】前記水比率調整装置は、前記水及び前記燃
料に乳化剤が追加供給されてエマルション燃料を作り出
すようにしたこと、を特徴とする請求項１から８のいず
れかに記載のディーゼルエンジン・システム。