JP2002138906A

JP2002138906A - エマルション燃料供給システム

Info

Publication number: JP2002138906A
Application number: JP2000332243A
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
Anticipated expiration: 2020-10-31
Also published as: JP4117595B2

Abstract

(57)【要約】【目的】排気浄化を促進するエマルション燃料の水比
率を、エンジン・コントロールユニットからの信号を用
いることなく、最適に調整できるようにする。【構成】燃料タンク４、水タンク５、乳化剤カートリッ
ジ６からそれぞれの可変流量制御弁１１〜１３で水比率
を調整されミキサ１５でエマルション燃料とされて燃料
噴射弁２２にアプライ通路４５を介して供給される。ア
プライ通路４５中にはアプライ流量センサ２０を設けて
検出した流量信号がエマルション・コントローラ１６へ
送られ、この流量に基づいて水比率を決定して可変流量
制御弁１１〜１３を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ディーゼルエンジンの
燃焼室へエマルション燃料を供給して燃焼させること
で、排気ガス中の窒素酸化物の生成を抑制するようにし
たエマルション燃料供給システムに関する。

【０００２】

【従来技術】ディゼルエンジンの排気ガス中の窒素酸化
物（ＮＯｘ）を低減する技術として、燃料に水及び乳化
剤を加えてエマルション燃料として燃料噴射弁から燃焼
室へ噴射・燃焼させることで、燃焼温度を下げＮＯｘの
生成を抑えるものが知られている（たとえば、特開平７
−１６６９６２号公報、特開平８−２００１６３号公報
に記載のもの）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記エマルション燃料
を用いる場合、燃料に対する水比率を常に一定にするこ
とは、エンジンの幅広い稼働範囲にあっては最適な動力
性能や排気浄化性能を得ることができなかった。そこ
で、動力性能と排気浄化性能をエンジンの幅広い稼働範
囲にわたって最適にするべく、エンジン稼働状況に応じ
て水比率を可変にすることが考えられる。しかしなが
ら、この水比率をコントロールするにあたっては、エン
ジン側の稼働状況を表す信号が必要であるが、既販売車
に新しくエマルション燃料供給装置を追加しようとする
と、既販売車についていたエンジン・コントロールユニ
ットからの信号、プロトコル等が各社で異なっているた
め、ここからエンジン稼働状況に関する信号を受けてエ
マルション燃料をコントロールするのは非常に困難とな
る。

【０００４】

【発明の目的】本発明の目的は、上記問題点を解決し、
ディーゼルエンジン・コントロールユニットから信号を
もらわなくてもエマルション燃料に最適な水比率を決定
できるようにしたエマルション燃料供給システムを提供
することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の実施態様による
エマルション燃料供給システムにあっては、望ましく
は、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、乳化剤を供給可能な乳化剤供給装置と、
を備えている。燃料供給装置、水供給装置、及び乳化剤
供給装置から供給される燃料、水、乳化剤が各供給比率
となるように調整する比率調整装置が設けられて、ここ
で比率調整された燃料、水、乳化剤を混ぜ合わせてエマ
ルション燃料を作り出すミキサに接続される。ミキサか
らエマルション燃料を燃料噴射弁へ導くサプライ通路が
設けられ、このエマルション燃料のうち燃料噴射弁から
燃焼室へ噴射した残りをリザーバタンクへ導くリターン
通路が設けられて、戻り燃料としてリターンリザーバに
蓄えることができるようにする。このリターンリザーバ
からはサプライ通路へ戻り燃料を供給可能な戻り燃料供
給装置が設けられ、戻り燃料を再利用可能とする。一
方、サプライ通路を流れるエマルション燃料の流量を計
測するサプライ流量センサを設ける。このサプライ流量
センサで検出したエマルション燃料の供給流量に基づき
燃料に対する水の比率をエマルション・コントローラに
て決定し比率調整装置を制御するように構成してある。

【０００６】上記エマルション燃料供給システムにあっ
ては、望ましくは、水の比率を、サプライ流量センサで
検出した供給流量に加えて、このサプライ流量センサで
検出したエマルション燃料の供給流量からリターン通路
に設けたリターン流量センサで検出した戻り燃料の流量
を減算して得た流量差にも基づいて決定するようにす
る。上記エマルション燃料供給システムにあっては、望
ましくは、水の比率を、サプライ流量センサで検出した
エマルション燃料の供給流量が多くなると高くなるよう
にする。上記エマルション燃料供給システムにあって
は、望ましくは、水の比率を、同じ供給流量にあっても
流量差が大きい場合には流量差が小さい場合より低くな
るようにする。

【０００７】燃料供給装置からの燃料、水供給装置から
の水、乳化剤供給装置からの乳化剤が比率調整装置でそ
れぞれの比率が調整されてミキサへ供給される。ミキサ
では、これらを混ぜ合わせることでエマルション燃料を
作り出す。なお、エマルション燃料としては、水が分散
質となる油中水滴型（Ｗ／Ｏ型）のエマルション燃料と
するのが望ましい。このエマルション燃料は、サプライ
通路を介して燃料噴射弁へ送られ、一部がディーゼルエ
ンジンの燃焼室へ噴射されて燃焼する。この燃焼は、水
が入ったエマルション燃料であるため、燃焼温度の高温
化が抑えられ、ＮＯｘの生成が抑制される。上記燃料噴
射弁にサプライ通路を介して供給されたエマルション燃
料の残りは、燃料噴射弁からドレインされリターン通路
を経てリターンリザーバへ戻されここに蓄えられる。リ
ターンリザーバ内に蓄積された戻り燃料は、戻り燃料供
給装置によりサプライ通路へ再び戻される。この場合、
通常は上記燃料供給装置、水供給装置、乳化剤供給装置
からも燃料、水、乳化剤が供給されて戻り燃料と合流し
最適な水比率のエマルション燃料としてサプライ通路へ
供給される。一方、サプライ通路にはサプライ流量セン
サが設けられてここを流れるエマルション燃料の流量を
計測している。ディーゼルエンジンでは、アクセルペダ
ルの踏み込み量に応じて燃料ポンプが燃料を吸込み圧縮
して燃料噴射弁から燃焼室へ噴射するようになっている
ので、このサプライ通路を介して燃料噴射弁へ流れ込む
燃料流量は、アクセルペダル踏み込み量に関係する。こ
のため、サプライ流量センサで供給流量を検出すれば、
エンジン・コントロールユニットからアクセルペダル踏
み込み量に関係する信号を受けなくても、アクセルペダ
ル踏み込み量相当の信号が得られ、このセンサ信号に基
づき水比率等をエマルション・コントローラで決定し
て、比率調整装置で燃料、水、乳化剤の供給量を各比率
ごとに調整することが可能となる。したがって、各社で
プロトコルや信号が異なるエンジン・コントロールユニ
ットを備えた既発売車にも簡単に適用でき、排気浄化を
促進できる。

【０００８】上記水比率の決定は、サプライ流量センサ
で検出したエマルション燃料の流量だけに基づき、水の
比率が、サプライ流量センサで検出した流量が多いほど
増大させる。この結果、アクセルペダル踏み込み量が大
きくなるほど、エンジンが発生するパワーも上昇するの
で、水比率を増やすことで、動力性能と両立させながら
排気浄化を促進できる。また、この場合、１個の流量セ
ンサを用いるだけで済み、コストも安くできる。また、
水の比率を、サプライ通路中の上記供給流量に加えて、
同じくサプライ流量センサで検出したエマルション燃料
の流量から、リターン通路に設けたリターン流量センサ
で検出した戻り燃料の流量を減算して流量差を得て、こ
の流量差をも併せて利用することで決定するようにす
る。この流量差は、エンジンの燃焼室で燃焼させた燃料
量であるので、同じ供給流量であっても、この流量差が
大きい場合は流量差が小さい場合に比べ水比率を小さく
するようにする。すなわち、流量差が大きいときは登坂
時などでエンジン回転速度が遅くなり大きなトルクが必
要なとき等にあたり、後者ではエンジン高回転で小さな
トルクで済む平坦路高速巡航時などにあたるので、上記
のように水比率を細かく制御すればよりより走行状況に
あった動力性能と排気ガス浄化とを最適に両立させるこ
とが可能となる。

【０００９】

【実施態様】本実施態様によるエマルション燃料供給シ
ステムを備えたディーゼルエンジン・システムは、大き
く分けて、燃料、水、乳化剤を混合してエマルション燃
料を作り出すエマルション燃料供給システム１と、この
エマルション燃料供給システム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、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とを
有する。以下、これらにつき、より詳細に説明してい
く。

【００１０】エマルション燃料供給システム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５、及び乳化剤を蓄える乳化剤カートリッジ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
７〜９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。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。噴射ポンプ２３の吐出
し口は燃料噴射弁２２に接続され、燃料噴射弁２２の噴
射をコントロールする。なお、燃料、水の各タンク４、
５及び乳化剤カートリッジ６から燃料噴射弁２２までの
通路はサプライ通路４５を構成する。このサプライ通路
４５中には、サプライ流量センサ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。ここで、軽油
タンク４、燃料ポンプ７、サプライ通路４５は燃料供給
装置を、水タンク５、水ポンプ８と、サプライ通路４５
は水供給装置を、また乳化剤カートリッジ６、乳化剤ポ
ンプ９、サプライ通路４５は乳化剤供給装置を、それぞ
れ構成する。なお、水ポンプ８と乳化剤ポンプ９とは、
必ずしも必要ではなく、吸引するようにしてもよい。

【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戻り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
の吸込み口が再供給通路４７を介して接続され、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（比率調整装置）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
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、戻り燃料単独で静止型ミキサ１
５に供給可能とされている。なお、上記リターンポンプ
１０と再供給通路４７は、戻り燃料供給装置を構成す
る。また、リターン通路４６中には、リターン流量セン
サ２１が設けられ、燃料噴射弁２２からドレインされて
くる戻り燃料の流量を計測し、この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。リターンリ
ザーバ３１には、この中の戻り燃料の水比率（軽油に対
する水の比率）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（水比率信号）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、１９、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３
９、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。

【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ＤＰＦ（ディーゼル・
パーティキュレート・フィルタ）３４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３４ｂ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、上記構成になるエマルション燃料供
給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１
２、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
内の戻り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に供給された軽油だけの燃料は、サ
プライ通路４５を介して噴射ポンプ２３に送られる。噴
射ポンプ２３は、エンジン・コントロール・ユニット３
８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２
９、排気弁３０が吸気ポート２７、排気ポート２８をそ
れぞれ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、燃料は軽油
１００％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Ｎ
Ｏｘの発生量は少ないものの、ＰＭ、ＨＣ、ＣＯは増大
する。しかしながら、ＤＰＦ３４の反応室温度センサ３
６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ＤＰＦ３
４を温め、エンジンから排出されたＰＭ、ＨＣ、ＣＯを
ＤＰＦ３４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、サプライ流量センサ２０、燃
焼温度センサ３５、反応室温度センサ３６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。この水比率の決定は以下のように実行さ
れる。燃料噴射弁２２による噴射は、アクセルペダルの
踏み込み量に応じて噴射ポンプ２３で燃料を燃料噴射ポ
ンプ２３に送ることで行われ、この結果、サプライ通路
４５にはアクセルペダルの踏み込み量に応じた量の燃料
が流れることになる。このサプライ通路４５を流れる燃
料の流量をサプライ流量センサ２０で計測して、この信
号をエマルション・コントローラ１６へ送る。エマルシ
ョン・コントローラ１６は、サプライ流量センサ２０で
計測した流量に基づき最適な水比率を決定し、この水比
率のエマルション燃料を作り出すべく、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、戻り燃料が上記の水比率を得るのに必要な量に
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内の戻り燃料を基本的には優先し
て静止型ミキサ１５へ供給し、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、分離した戻り燃料をまた撹拌することも不要
となる。なお、燃料噴射弁２２からドレインされてリタ
ーンリザーバ３１へ導かれる戻り燃料の量は、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は、望ま
しい。なお、走行中の車体の揺れによってサスペンショ
ン４５によりリターンリザーバ３１が揺動され、内部の
戻り燃料が撹拌されるので、燃料と水の分離が抑えら
れ、エマルション化も促進される。

【００１９】この場合、リターンリザーバ３１内の戻り
燃料の水比率を、液比重測定センサ（水比率センサ）３
２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燃料の再供給量を
考慮して、戻り燃料の量、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、ここで水比率は、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
水性と親油性との釣り合いを表す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、走行負荷、したがってアクセルペダルの踏
み込み量をベースにしてなされる。この目的でサプライ
流量センサ２０を用い、アクセルペダルの踏み込み量の
代わりに用いる。すなわち、通常走行時にあっては、軽
油：水がほぼ９５：５〜８０：２０の範囲で上記サプラ
イ通路４５の流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、８
０：２０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。また、Ｗ／Ｏ型エマルション燃料をう
まく調整して作っておくことで、水によるミクロ爆発等
も期待でき、燃料消費率が良くなることも実験で確認さ
れている。ただし、上記流量が小さいときには、水を添
加しないときよりもＰＭが増加する。しかしながら、排
気ガス中のＰＭは、ＤＰＦ３４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、ＤＰＦ３
４の酸化触媒反応室３４ａ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、基本的にはサプライ通路４５の流量に応じ
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、負荷で決めた最適目標水比率を修正する。その
修正に影響を与えるものの一つに、反応室温度センサ３
６からの測定温度がある。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４
００℃）より低温側にあるときは、軽油：水がほぼ９
５：５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。

【００２３】また、走行条件によっては、水比率を下記
のように設定する。高速巡航走行であるときは、基本的
には軽油：水をほぼ８０：２０と水比率を多くする。こ
れにより、ＮＯｘは大きく低減され、ＰＭ、ＨＣもＤＰ
Ｆ３４で処理される。この高速巡航走行であることは、
サプライ流量センサ２０からの供給流量信号に加え、該
信号とリターン流量センサ２１からの戻り流量信号とか
ら流量差（燃料噴射弁２２から燃焼室へ吹き込んだ燃料
に相当）を求めて、これら両者から次にように判断可能
である。すなわち、供給流量が大きいときは、アクセル
ペダルの踏み込み量が大きく大きいパワーを発揮してい
る状態と判断する。一方、同じ供給流量であっても登坂
等で大きいトルクが必要なときは、高速平坦路を高速巡
航しているときより流量差が大きくなる。したがって、
供給流量が増えれば基本的に水比率を高めるが、同じ供
給量であっても流量差が大きいときは流量差が小さいと
きに比べて水比率を下げるようにする。このように細か
く制御することで、動力性能と排気ガス浄化性能とを走
行状態に合わせて最適に両立させることができる。しか
も、この場合、エンジン・コントロールユニットからの
信号は必ずしも必要ではない。

【００２４】急加速時にあっては、追い越し時の安全確
保のためなど、加速性能を重視せざるを得ないので、軽
油：水がほぼ９０：１０〜９５：５程度の水比率になる
ように、水比率を下げる。この場合、ＮＯｘは悪化する
が、急加速の時間は短いのが普通であるから、ＮＯｘの
発生総量はそんなに多くはならない。しかも、最低でも
水が軽油９５に対し５程度の比率で入っているので、水
が無い時に比べ、加速性能を犠牲にすることなくＮＯｘ
の発生量を抑えることが可能となる。なお、この場合、
ＰＭの発生量は低下するので、ＤＰＦ３４の負担は小さ
くなる。

【００２５】一方、ＤＰＦ３４の酸化触媒反応室３４ａ
の温度が約１００℃以上〜約４００℃より低いの範囲に
あると検出されたときは、軽油：水がほぼ９０：１０と
なる水比率となるように、酸化触媒反応室３４aの温度
が約１００℃より低い場合に比べて水比率を若干増加す
るように制御する。また、酸化触媒反応室３４ａの温度
が約４００℃以上のときは、さらに水比率を増やすが、
通常は軽油：水が８５：１５程度までに抑えておいた方
がよい。したがって、この場合も、渋滞でのエンジンの
安定性を確保しながら、ＮＯｘ、ＰＭの低減が可能とな
る。

【００２６】サプライ通路４５の流量がエンジン・アイ
ドリング状態にある時は、軽油：水がほぼ９５：５〜１
００：０の範囲となるようにする。これにより、エンジ
ンの安定運転性を確保できる。また、水比率が少なくな
る結果ＰＭの発生が低減する（ＤＰＦ３４でも燃焼され
る）が、ＮＯｘの発生が水比率大の場合に比べて増える
ものの、水が入っている場合は若干のＮＯｘの発生低減
が可能であり、またアイドリング運転であることからそ
の発生総量自体は少ない。

【００２７】エンジン停止時は、水、乳化剤、戻り燃料
の静止型ミキサ１５への供給を断ち、軽油１００％の燃
料を燃料噴射弁２２から噴射してから、エンジンの回転
を停止する。これにより、停止後、水やエマルション燃
料が燃料噴射弁２２や噴射ポンプ２３等に残らないの
で、これら燃料噴射系が錆びたりする虞はない。また、
エンジン停止後もプレヒータ・コントローラ３で電気ヒ
ータ４３を所定時間、加熱してＤＰＦ３４等の排気系を
約１００℃以上に保ち、水蒸気のまま排気系から排出す
る。この停止時にあっては、水無しの軽油を燃焼させる
ので、温度が高くなった排気ガスによっても、排気系が
温められる。したがって、排気系の中にある水蒸気が冷
えて水となりＨＣ等と反応してできた酸性液が、排気系
に残りこれを錆びさせるのを防ぐことができる。なお、
エンジン停止のためのキーオフに代えて、駐車ブレーキ
が引かれたとき、あるいは所定時間以上アイドリング運
転状態が続いたときも、この停止制御に切り替えるよう
にすることも可能である。

【００２８】図２は、上記エマルション燃料供給システ
ム１に用いる制御フローチャートを示す。スッテプＳ０
でスタートし、ステップＳ１で初期化する。次いで、ス
テップＳ２で始動制御を行い、水なしの軽油１００％の
燃料供給となる。すなわち、燃料の可変流量制御弁１１
だけが開いてその流量を制御されてサプライ通路４６へ
軽油が供給されるのに対し、水、乳化剤、戻り燃料の可
変流量制御弁１２〜１４はすべて閉じられる。暖機する
まで、ＤＰＦの反応室温度が所定温度以上になるまで始
動制御が継続され、これが終了したらステップＳ３に進
む。ステップＳ３では、サプライ流量センサ２０からサ
プライ通路４５への供給燃料量に関する信号を読み込
む。ステップＳ４では、この供給流量信号に基づいて水
比率マップから対応する水比率を読み込む。この水比率
マップは、図３に実線で示すように供給流量が増えれば
水比率を増やすように設定してある。続いて、ステップ
Ｓ５にてリターン流量センサ２１からも戻り流量に関す
る信号を読み込む。スッテプＳ６で供給流量信号から戻
り流量信号を減算して流量差を求める。次いで、ステッ
プＳ７で水比率マップからこの流量差に対応する水比率
減算分を求め、ステップＳ８で供給流量に基づき求めた
対応水比率から水比率減算分を引く。その結果、図３に
点線で示すような水比率が得られる。ステップＳ９でこ
のように修正して得た制御水比率に基づき、燃料、水、
乳化剤、戻り燃料の各可変流量制御弁１１〜１４を制御
する。次いでＳ１０にてリターンする。なお、上記水比
率マップは最適値を実験で求めておく。なお、図３のマ
ップでの水比率と供給流量の関係は、エンジン特性等に
よっても異なり、図３のような折れ線でなく単なる直
線、曲線、階段線でもよい。図３の点線の傾斜も実線よ
り勾配が小さく右肩上がりにした方がよいときもある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施態様によるエマルション燃料供
給システムを備えたディーゼルエンジン・システムを表
す図である。

【図２】図１のエマルション燃料供給システムに用い
る制御フローチャートを示す図である。

【図３】水比率を決定するマップを示す図である。

【符号の説明】

１エマルション燃料供給システム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（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サプライ流量センサ２１リターン流量センサ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３４ＤＰＦ３５燃焼温度センサ３６反応室温度センサ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４４撹拌器４５サプライ通路４６リターン通路４７再供給通路

フロントページの続き (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） 3G092 AA02 AA06 AB03 AB15 AB17 BB01 BB06 BB20 DC11 DE03S DE04S DE05S DE06S DE12S DE13S DE14S DE15S DE18S DF03 DF06 EA01 EA02 EA17 FA17 GA01 GA04 GA10 GA12 GB03 GB08 HB01X HB01Z HB05X HB05Z HB09Z HD02Z HE01Z HE08Z HF08Z HF25Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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、乳化剤を供給可能な乳化剤供給装置と、前記燃料供給装置から供給される燃料と前記水供給装置
から供給される水と前記乳化剤供給装置から供給される
乳化剤との各供給比率を調整する比率調整装置と、該比率調整装置から供給された燃料、水、乳化剤からエ
マルション燃料を作り出すミキサと、該ミキサから前記エマルション燃料を燃料噴射弁へ導く
サプライ通路と、前記燃料噴射弁から燃焼室へ噴射した残りを戻り燃料と
して蓄えるリターンリザーバと、前記燃料噴射弁と前記リターンリザーバとの間を接続し
前記戻り燃料を流すリターン通路と、前記リターンリザーバから前記サプライ通路へ前記戻り
燃料を供給する戻り燃料供給装置と、前記サプライ通路を流れるエマルション燃料の流量を計
測するサプライ流量センサと、該サプライ流量センサで検出したエマルション燃料の供
給流量に基づき燃料に対する水の比率を決定して前記比
率調整装置を制御するエマルション・コントローラと、
を備えたこと、を特徴とするエマルション燃料供給システム。
【請求項２】前記水の比率は、前記サプライ流量センサ
で検出した供給流量に加えて、該サプライ流量センサで
検出したエマルション燃料の供給流量から前記リターン
通路に設けたリターン流量センサで検出した戻り燃料の
流量を減算して得た流量差にも基づいて決定するように
したこと、を特徴とする請求項１に記載のエマルション
燃料供給システム。
【請求項３】前記水の比率は、前記サプライ流量センサ
で検出したエマルション燃料の供給流量が多くなると高
くなるようにしたこと、を特徴とする請求項１又は２の
いずれかに記載のエマルション燃料供給システム。
【請求項４】前記水の比率は、同じ供給流量にあっても
前記流量差が大きい場合には流量差が小さい場合より低
くなるようにしたこと、を特徴とする請求項２又は３の
いずれかに記載のエマルション燃料供給システム。