JP2934552B2 - 水噴射ディーゼルエンジン - Google Patents

水噴射ディーゼルエンジン

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JP2934552B2
JP2934552B2 JP4114255A JP11425592A JP2934552B2 JP 2934552 B2 JP2934552 B2 JP 2934552B2 JP 4114255 A JP4114255 A JP 4114255A JP 11425592 A JP11425592 A JP 11425592A JP 2934552 B2 JP2934552 B2 JP 2934552B2
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禎範 永江
陽三 土佐
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は水噴射ディーゼルエンジ
ンに関する。
【0002】
【従来の技術】ディーゼルエンジンの排ガス内の窒素酸
化物(NOX ) を低減し、同時に排気黒煙や燃料消費率
の低減も併せて達成する手段として、同一の燃料噴射弁
から燃料と水をシリンダ内に噴射する水噴射ディーゼル
エンジンによる対応が有効であるとされている。図5に
従来の前記エンジンの燃料・水噴射装置の構成を示す。
図において、1は燃料タンク、2は燃料供給ポンプ、3
は燃料噴射ポンプで、4は同プランジャ、5はプランジ
ャバレル、6は吐出弁、7は該吐出弁6の側路に設けら
れた逆止調圧弁、8は燃料噴射管、40は燃料噴射弁
で、9は同本体、10は噴口、11は針弁、12は油だ
まり、14は針弁11の押えばねである。
【0003】また、19は水タンク、18は水供給ポン
プ、17は水供給管(ポンプ側)、16は水供給制御
弁、15は水供給管(噴射弁側)、13は水供給の逆止
弁で水の制御弁側への逆流を防止する。20は水の供給
量及び供給時期を制御するコントロール装置で、エンジ
ンのクランク角信号及びその他のエンジン作動条件の信
号を入力し、回線23を介して制御弁16に開閉信号を
出力する。燃料噴射弁40の本体9には燃料通路22が
穿孔されており、燃料噴射管8と油だまり12とを連通
させている。また噴射弁40の本体9には給水流入路2
1が穿孔されており、流路の途中には逆止弁13が配設
され、流路下流部に穿設された水通路30を介して前記
燃料通路22の途中の合流部31へ連通している。
【0004】前記の構成による作用は次のとおりであ
る。水タンク19より水供給ポンプ18によって圧送さ
れた水は水供給管17を通って制御弁16へ送られ、燃
料噴射ポンプ3のプランジャ4が燃料の圧送を行なって
いない休止期間中は、前記制御弁16がコントロール装
置を介して所定期間、開弁状態に保持され、所定量の水
が水供給管15を介して燃料噴射弁40の給水流入路2
1へ送り込まれる。その際、燃料噴射ポンプ3の逆止調
圧弁7の開弁圧をPR 、給水逆止弁13の開弁圧を
P 、針弁11の開弁圧をPO とすると、 PO >PR ,PO >PP となっているので、供給された水は給水逆止弁13を通
過し、水通路30から合流部31を経て燃料通路22内
へ流入する。この供給水圧によって燃料通路22内の合
流部31より上流側、即ち燃料噴射ポンプ3側にある燃
料は、噴射管8内を噴射ポンプ3の方向へ押し戻され、
逆止調圧弁7を押し開いてプランジャバレル内へ逆流す
る。
【0005】その結果の状況を図6に示した。燃料噴射
弁40内には、油だまり12の容積V2 と、合流部31
から油だまり12までの燃料通路22の容積V1 との和
である(V1 +V2 )の容積には燃料が満され、前記合
流部31の上流側の燃料通路22内には所定量の水が満
され、さらにその上流の燃料通路22内には再び燃料が
満された状態となっている。つぎに燃料噴射ポンプ3の
プランジャ4が上昇して燃料を加圧すると、燃料噴射管
8、燃料通路22および油だまり12内の圧力が上昇
し、針弁11の開弁圧PO 以上になると針弁11が開か
れる。このとき逆止弁13の作用により水通路30内の
水が制御弁16側へ押し戻されることはない。
【0006】燃料の圧力が針弁11の開弁圧PO を超え
ると噴口10からは、まず前述の(V1 +V2 )の容積
の燃料が噴射され、続いて所定量供給されていた水が噴
射され、最後に残りの燃料が全量噴射されることとな
る。即ち、1回の全噴射燃料の量をQF とすると、図7
に示すようにまず最初にQFP=(V1 +V2 )なる量の
燃料が噴射され、続いて所定量の水の全量QW が噴射さ
れ、残りの燃料量をQFSとするとQFS=QF −QFPが最
後に噴射されることになる。この結果、まずQFPの燃料
噴射により燃焼行程初期の着火が確実に行われ、引続く
W の水の噴射により燃料噴霧内への空気の導引が増加
し、燃焼速度の上昇および黒煙発生の低減が達成される
とともに燃焼域への水の導入によりNOX の低減を図る
ことが可能となる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記した
従来の技術においては次のような問題点があった。即
ち、燃料噴射弁40の逆止弁部及び合流部までの通路に
は常時供給された水があり、噴射されるときには高圧に
なり、噴射を終ると低圧にもどる。この噴射終了の際に
往々にして前記の通路内にキャビテーションを生じるこ
とがあり、水の場合には燃料にくらべ同じキャビテーシ
ョン強度においても数倍のエロージョン性のあることが
経験されており、前記部分に水が存在することは噴射弁
の耐久性上問題点として指摘されその解決手段が求めら
れていた。
【0008】さらに排ガス内のNOX の低減効果は水の
噴射量QW にほぼ比例して得られるが、燃料の全噴射量
F に対してQW を増やしすぎると、燃料の初期噴射量
FPと後期噴射量QFSとの噴射の時間間隔が開きすぎる
ことになり、燃焼不良を招きエンジンの作動は安定を欠
くようになる。従って、NOX の低減効果を得るために
は、燃焼不良を招くことなく水噴射量QW を増加させる
ことができる手法を講じる必要があった。
【0009】本発明の目的は前述の問題点を解消し、燃
料と水とが多層状にシリンダ内に噴射されるような構成
とすることにより、水の噴射量を増加させても燃焼不良
を招くことなく、排ガス内のNOX が大巾に低減され、
耐久性にも優れた信頼性の高い水噴射ディーゼルエンジ
ンを提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の水噴射ディーゼ
ルエンジンは同一の燃料噴射弁から燃料と水をシリンダ
内に噴射する水噴射ディーゼルエンジンにおいて、燃料
吐出弁の側路に逆止調圧弁が設けられている燃料噴射ポ
ンプと、燃料と水を噴射する燃料噴射弁と、該燃料噴射
弁内の第1の燃料通路と前記燃料噴射ポンプを連通する
燃料噴射管と、燃料タンクと前記燃料噴射弁内の第2の
燃料通路を連通する第2の燃料供給管路と、水タンクと
前記燃料噴射弁内の流入路を連通する水供給管路と、該
水供給管路と前記第2の燃料供給管路を夫々開閉制御す
る電磁式制御弁と、該電磁式制御弁を回線を介して制御
するコントロール装置と、前記燃料噴射弁内の水の流入
路と第2の燃料通路との合流部の下流に設けられた逆止
弁と、該逆止弁下流の通路と前記第1の燃料通路とが合
流する合流部とを有してなることを特徴としている。
【0011】
【作用】本発明では前記のような構成と制御によってい
るので下記のように作用する。即ち燃料噴射ポンプ3か
らの加圧による燃料・水の噴射終了後から次のサイクル
での噴射までの休止期間中に、水供給管路の電磁式制御
弁16と燃料供給管路の電磁式制御弁116を、コント
ロール装置を介して電子的に制御し複数回繰返して交互
に開閉させ、噴射ポンプ3内の逆止調圧弁7と、噴射弁
40内の逆止弁13の機能も併せ利用され、噴射弁内に
流入路21から流入した水と第2の燃料通路121から
流入した燃料が所定量づつ交互に第1の燃料通路22に
送り込まれ燃料と水の多層状の液柱が形成される。これ
により噴射ポンプが作動をはじめると、燃料と水とが交
互に多層状にシリンダ内に噴射される。なお燃料と水の
燃料通路22への多層注入の最終時には燃料供給制御弁
116を作用させることにより、逆止弁部13からその
下流通路230を経て合流部31までの流路には燃料を
充填しておくことができる。
【0012】
【実施例】図1に本発明の実施例に係る燃料・水噴射装
置の構成を示す。図において、1〜31は従来の技術で
の構成について示した図5におけるものと同様であるの
で説明を省略し、本発明の実施例で付加された構成につ
いて述べる。燃料は第2の燃料供給管路からも燃料噴射
弁40へ供給される。118の燃料加圧ポンプにより、
燃料が燃料タンク1から燃料供給管117を経て電磁式
燃料制御弁116に圧送され、燃料供給管115を通っ
て噴射弁本体9に穿設されている第2の燃料通路121
へ流入する。131は水の流入路21と第2の燃料通路
121との合流部、230は逆止弁下流通路であり、第
1の燃料通路22と合流部31で合流している。なお、
逆止弁下流通路230と第1の燃料通路22との合流
は、本実施例によるほか、油だまり12や逆止弁13の
下流であればよい。
【0013】次に実施例での作用について述べ、その際
の電磁式水供給制御弁16および電磁式燃料供給制御弁
116の作動状況を図2に示す。燃料噴射ポンプ3が休
止中に、コントロール装置20の制御により燃料供給制
御弁116の閉弁時に、水供給制御弁16が開弁される
と、水タンク19から水供給ポンプ18と水供給管(ポ
ンプ側)17、水供給制御弁16、水供給管(噴射弁
側)15を経て、水が噴射弁本体9の水流入路21に圧
送される。圧送されてきた水は逆止弁13を押しあけ、
この部分の燃料を燃料噴射ポンプ3に配設してある逆止
調圧弁7を押しあけることによって噴射ポンプ側へ押し
戻しつつ、逆止弁の下流通路230に水が充填される。
【0014】続いて、コントロール装置20の制御によ
り水供給制御弁16を閉弁とし燃料供給制御弁116を
開弁とすると、合流部131から燃料が流入して、先に
注入された水及び燃料を共に噴射ポンプ側に押しやりつ
つ、燃料通路22中に燃料が充填される。引続いて燃料
供給制御弁116を閉弁、水供給制御弁16を開弁とし
て前記と同じことを複数回繰返し、最後に燃料供給制御
弁116を開弁として、逆止弁部13からその下流通路
230を経て第1の燃料通路22との合流部31まで燃
料を注入する。図2はこの間の両制御弁16,116の
作動状況を表している。
【0015】この結果、第1の燃料通路22中には図3
に示すように燃料(白部分)−水(黒部分)−燃料−水
〜のように交互の多層状の液柱が形成される。燃料噴射
ポンプ3が作動して噴射がはじまると、針弁11の開弁
により油だまり12及び燃料通路22中の燃料及び水が
噴射されるが、このとき図4に示すように燃料と水とが
交互に多層状に噴射されることになるので、排ガス中の
NOxを低減するため噴霧内への注水量を多くした場合
でも燃焼が不安定になるおそれはない。さらに、燃料噴
射弁の高圧が作用する部分には、燃料のみが残ることに
より、従来と同様の耐久性を維持することができる。
【0016】
【発明の効果】本発明は燃料と水を同一の燃料噴射弁か
ら噴射する水噴射ディーゼルエンジンにおいて、従来は
水が中間的に噴射されていたのに変えて燃料と水を多層
状に噴射するようにしたので、水の注入量を大巾に増大
させても、中間で多層状に燃料が噴射されるので、燃焼
が不安定となることはない。この結果、エンジンの燃焼
不良を招くことなく水噴射量の増大が可能となり、該水
噴射量の増大に対応して排ガス中のNOx の大巾な低減
効果を得ることが可能であり、耐久性のある信頼性の高
いエンジンを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係る燃料・水噴射装置の構成
図。
【図2】図1における電磁式水供給制御弁及び電磁式燃
料供給制御弁の作動状況説明図。
【図3】図1における燃料・噴射弁の構成詳細図。
【図4】図1〜図3に関連しての燃料・水噴射状況説明
図。
【図5】従来の技術による燃料・水噴射装置の構成図。
【図6】図5における燃料・噴射弁の構成詳細図。
【図7】図5,図6に関連しての燃料・水噴射状況説明
図。
【符号の説明】
1…燃料タンク、3…燃料噴射ポンプ、6…燃料吐出
弁、7…逆止調圧弁、8…燃料噴射管、13…逆止弁、
15…水供給管(噴射弁側)、16…電磁式水供給制御
弁、17…水供給管(ポンプ側)、18…水供給ポン
プ、19…水タンク、20…コントロール装置、21…
給水流入路、22…燃料通路(第1)、23…回線、3
1…合流部、40…燃料噴射弁、115…燃料供給管
(噴射弁側)、116…電磁式燃料供給制御弁、117
…燃料供給管(ポンプ側)、118…燃料加圧ポンプ、
121…燃料通路(第2)、131…合流部、230…
逆止弁下流通路。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F02M 43/00 F02M 25/02 F02D 19/12

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 同一の燃料噴射弁(40)から燃料と水
    をシリンダ内に噴射する水噴射ディーゼルエンジンにお
    いて、燃料吐出弁の側路に逆止調圧弁(7)が設けられ
    ている燃料噴射ポンプ(3)と、燃料と水を噴射する燃
    料噴射弁(40)と、該燃料噴射弁内の第1の燃料通路
    (22)と前記燃料噴射ポンプを連通する燃料噴射管
    (8)と、燃料タンク(1)と前記燃料噴射弁内の第2
    の燃料通路(121)を連通する第2の燃料供給管路
    (117)、(115)と、水タンク(19)と前記燃
    料噴射弁内の流入路(21)を連通する水供給管路(1
    7)、(15)と、該水供給管路(15)と前記第2の
    燃料供給管路(115)を夫々開閉制御する電磁式制御
    弁(16)、(116)と、該電磁式制御弁を回線(2
    3)を介して制御するコントロール装置(20)と、前
    記燃料噴射弁内の水の流入路(21)と第2の燃料通路
    (121)との合流部(131)の下流に設けられた逆
    止弁(13)と、該逆止弁下流の通路(230)と前記
    第1の燃料通路(22)とが合流する合流部(31)と
    を有してなる水噴射ディーゼルエンジン。
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