JP4414565B2

JP4414565B2 - ディーゼル機関のエマルジョン燃料供給装置

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Publication number: JP4414565B2
Application number: JP2000183988A
Authority: JP
Inventors: 申一関ロ; 浩司山本
Original assignee: Nabtesco Corp
Current assignee: Nabtesco Corp
Priority date: 1999-06-24
Filing date: 2000-06-20
Publication date: 2010-02-10
Anticipated expiration: 2020-06-20
Also published as: JP2001065411A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、主に船舶などの負荷変動の頻繁なディーゼルエンジンの低ＮＯｘ対策としてのエマルジョン燃料供給装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
先ず、図５に基づいて通常のディーゼルエンジンの基本的な構成の一例を説明する。同図に示した如くディーゼルエンジンは、燃料ブースタゾーン１と、燃料加圧循環ゾーン２と、燃料噴射ゾーン３（燃料噴射部）との３要素から成る。燃料ブースタゾーン１では、燃料タンク４（純燃料供給源）内の純燃料（重油）がブースタ吸い込み管１３、サクションフィルタ１０、ブースタポンプ１１およびブースタ出口管１４を通って昇圧されて、隣接する燃料加圧循環ゾーン２の脈動緩衝器２０に供給される。前記ブースタ出口管１４はブースタ圧力調整弁１２を介してブースタ戻り管１５によって燃料タンク４に連通され、昇圧された純燃料の一部が燃料タンク４に戻されるようになっている。
【０００３】
燃料加圧循環ゾーン２では、脈動緩衝器２０を通って整流された純燃料が加圧循環ポンプ２１によって後述する燃料噴射ポンプ３１にてエンジンに噴射するのに必要な圧力と流量になるように加圧される。加圧された燃料は、更にヒータ２２によって、その時の重油性状において望ましい温度まで昇温され、一次フィルタ２３、二次フィルタ２４を経由し、加圧循環出口管２５を通って燃料噴射ゾーン３に供給される。
【０００４】
また、前記脈動緩衝器２０には燃料噴射ゾーン３の出口側から純燃料を戻すための燃料戻しライン２６が連通されている。従って、燃料ブースタゾーン１から供給された純燃料は、燃料戻しライン２６を通ってエンジン側から戻って来た純燃料と混合され、前記の如く、加圧循環ポンプ２１によって加圧されるようになっている。
【０００５】
燃料噴射ゾーン３には、上流側から順に加圧循環往き管３２、加圧循環圧力調整弁３０、加圧循環戻り管３３が設けられ、また、加圧循環往き管３２と加圧循環戻り管３３との間に枝管を介して噴射ポンプ３１が設けられている。前記燃料加圧循環ゾーン２から燃料噴射ゾーン３へ供給された純燃料は、加圧循環往き管３２を経由して加圧循環圧力調整弁３０で加圧循環戻り管３３との間の一定の差圧を保つように調整されると共に、加圧循環往き管３２の枝管からエンジンの各シリンダへ通じる噴射ポンプ３１へ供給される。
【０００６】
そして、エンジンへ噴射されると共に、余剰燃料と噴射ポンプ３１内部のバイパス流路（図示せず）を通過した純燃料とからなる残りの純燃料が、加圧循環戻り管３３の枝管に戻り、更に、前記燃料戻しライン２６を通って脈動緩衝器２０の部分に戻されるようになっている。すなわち、加圧循環ポンプ２１、ヒータ２２、フィルタ２３，２４、燃料噴射ゾーン３、燃料戻しライン２６および脈動緩衝器２０にて燃料循環ループが構成されている。
【０００７】
図６は、図５に示したディーゼルエンジンに、エマルジョン燃料形成手段であるミキサー４５を設けたものである。このミキサー４５は、加圧循環ポンプ２１とヒータ２２との間に設けられ、燃料ブースタゾーン１のブースタ出口管１４に設けられた発信式の純燃料流量計４４の検出信号に基づいて、水が比例的に供給されるようになっている。該ミキサー４５の作動により、純燃料と水との混合物であるエマルジョン燃料が形成され、該エマルジョン燃料によって運転するときのエマルジョン燃料循環ループは、図６に示したように、前記燃料循環ループがそのまま用いられている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来のディーゼルエンジン設備は、上記の如く、エマルジョン燃料循環ループは前記燃料循環ループをそのまま用いる構造であるため以下のような問題があった。
【０００９】
燃料循環ループは、特に中大型エンジンの場合には、噴射ポンプ３１に熱が滞留しないようにするために加圧循環ポンプ２１で強制循環する必要があり、また、起動前において、純燃料温度の安定化や滞留空気の排除のためにヒータ２２やフィルタ２３，２４を循環させる必要があることから、どうしてもループ長が長くなる。その結果、従来のエマルジョン燃料循環ループは、そのループ長が、その燃料の消費量に比較して必要以上に長くなり、更に、途中に容積の大きいフィルター２３，２４等が存在する為、エマルジョン化される燃料体積が必要以上に大きくなる。
【００１０】
その結果、加水率の変更を行なう場合、変更前の加水率のエマルジョン燃料が多量に残っているため、その変更に長時間かかる。すなわち、加水率の変更を行っても直ちに反映されない（応答性が低い）という問題があった。
【００１１】
特に、エンジン停止前に水抜き運転を行なう場合に、一次フィルター２３および二次フィルター２４やヒーター２２に存在するエマルジョン燃料が、その部分で流速が遅いことに起因して複雑な流れとなり、その部分に滞留する現象が起こり易いため、その分、長時間の水抜き運転を余儀なくされていた。
【００１２】
本発明の課題は、エマルジョン化する燃料の量を少なくできるようにして、加水率の変更に高応答性を示すディーゼル機関のエマルジョン燃料供給装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するため、本発明の第１の態様に係るディーゼル機関のエマルジョン燃料供給装置は、純燃料供給源と、該純燃料供給源から送られる燃料を加圧する加圧手段と、前記加圧された燃料の一部をエンジンのシリンダに噴射する燃料噴射部と、該燃料噴射部で噴射されなかった残りの燃料を前記加圧手段の吸い込み側に戻す燃料戻しラインとを通る燃料循環ループと、を備えたディーゼル機関であって、前記燃料循環ループ中の前記燃料噴射部への燃料流入部の手前に設けられたエマルジョン燃料形成手段と、前記燃料戻しラインから分岐し前記エマルジョン燃料形成手段の吸い込み側近傍位置とを連通するエマルジョン燃料戻しラインと、前記燃料噴射部とを通るループであって、前記燃料循環ループの内部容積より小さく形成されたエマルジョン燃料循環ループと、前記燃料循環ループ中の前記エマルジョン燃料戻しラインとの合流点の手前と前記エマルジョン燃料戻しラインの分岐点の下流との間に設けられた純燃料戻しライン及び該純燃料戻しライン中に設けられた圧力調整手段とを通る純燃料循環ループと、前記燃料循環ループとエマルジョン燃料循環ループを切り換えるコントローラと、を備え、非加水時に純燃料が燃料循環ループを通り、加水時にエマルジョン燃料がエマルジョン燃料循環ループを通るように構成され、前記純燃料循環ループとエマルジョン燃料循環ループとは、前記コントローラの切り換えにより、独立して循環可能に形成されていることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明によれば、前記純燃料循環ループとエマルジョン燃料循環ループとは前記コントローラにより切り換えられて別個に運転可能に形成されていると共に、前記エマルジョン燃料循環ループの内部容積は、前記燃料循環ループの内部容積よりも小さく形成されているため、エマルジョン化される燃料の量が従来の構造に比して少なくなり、燃料の加水率の変更を短時間で行うことが可能となり、高速応答性のエマルジョン燃料供給装置を実現することができる。その上、燃料循環ループが、必要に応じ従来と同様の循環系になる構成であるため、始動特に中大型エンジンの場合には、加圧循環ポンプで強制循環することができるので噴射ポンプやヒータ・フィルタの、純燃料温度の安定化や滞留空気の排除を行える。
【００１５】
また、本発明の第２の態様は、前記第１の態様のディーゼル機関のエマルジョン燃料供給装置において、前記燃料循環ループ中に配設されるフィルタ及び／又は加熱手段は、前記エマルジョン燃料循環ループ外に位置するように構成されていることを特徴とするものである。
【００１６】
本発明によれば、エマルジョン燃料循環ループ中に、従来のフィルタや加熱手段等は存在しないため、前記滞留現象の問題は殆ど無くなり、より一層、燃料の加水率の変更を短時間で円滑に行うことが可能となる。
【００１７】
また、本発明の第３の態様は、前記第１の態様または第２の態様のディーゼル機関のエマルジョン燃料供給装置において、前記燃料戻しラインの前記エマルジョン燃料戻しラインとの分岐点と純燃料戻しラインとの合流点の間には純燃料用開閉弁が設けられ、前記エマルジョン燃料循環ループのエマルジョン燃料戻しライン中にはエマルジョン循環用ポンプおよびエマルジョン燃料用開閉弁が設けられ、前記コントローラの制御信号により、純燃料での運転を実施するときは前記純燃料用開閉弁は開状態とされ且つ前記エマルジョン燃料形成手段は非作動状態に保持され、エマルジョン燃料での運転を実施するときは前記純燃料用開閉弁は閉状態とされ、前記エマルジョン循環用ポンプは作動状態で前記エマルジョン燃料用開閉弁は開状態とされ且つ前記エマルジョン燃料形成手段は作動状態となるように構成されていることを特徴とするものである。
【００１８】
本発明によれば、コントローラの制御信号により、燃料循環ループを運転するときは純燃料用開閉弁は開状態とされ且つエマルジョン燃料形成手段は非作動状態に保持され、一方エマルジョン燃料循環ループを運転するときは純燃料用開閉弁は閉状態とされ、エマルジョン循環用ポンプは作動状態でエマルジョン燃料用開閉弁は開状態とされ且つエマルジョン燃料形成手段は作動状態となるように構成されているので、燃料循環ループとエマルジョン燃料循環ループとの切り換えを構造簡単にして実現することができ、更に切換後の各運転を確実且つ安定して行うことができる。
【００１９】
また、本発明の第４の態様は、前記第１の態様乃至第３の態様のいずれかのディーゼル機関のエマルジョン燃料供給装置において、純燃料流量計が、前記燃料循環ループから前記エマルジョン燃料循環ループへ燃料を供給する位置に配設され、該純燃料流量計の検出信号に基づいて、前記エマルジョン燃料形成手段の加水量が制御されるように構成されていることを特徴とするものである。
【００２０】
本発明によれば、純燃料流量計の配置が前記エマルジョン燃料循環ループへの合流点の手前近傍であるため、エンジンでの燃料消費量の計測精度が向上し、もってエマルジョン燃料形成手段の動作状態の制御も高精度で行うことができる。
【００２１】
また、本発明の第５の態様は、前記第１の態様乃至第３の態様のいずれかのディーゼル機関のエマルジョン燃料供給装置において、純燃料流量計が、前記純燃料供給源から前記燃料循環ループへの供給ラインに配設され、該純燃料流量計の検出信号に基づいて、前記エマルジョン燃料形成手段の加水量が制御されるように構成されていることを特徴とするものである。
【００２２】
本発明によれば、純燃料流量計が燃料供給源から燃料循環ループへの合流点の手前のラインに配設されているので、前記燃料戻しライン中に設けられている純燃料用開閉弁の開閉による影響を受けずに、該純燃料流量計の通過流量を計測することができるため、常にエンジンの消費量に見合った燃料流量の計測が可能となり、安定した制御がし易くなる。
【００２３】
また、本発明の第６の態様は、前記第１の態様乃至第５の態様のいずれかのディーゼル機関のエマルジョン燃料供給装置において、前記純燃料循環ループを形成するための前記純燃料戻しラインに設けられた前記圧力調整手段を、燃料循環ループ中に設けられた主圧力調整弁より高い圧力に設定された副圧力調整弁を用いることを特徴とするものである。
【００２４】
本発明の副圧力調整弁を設けたことにより、燃料循環ループによる運転状態から前記純燃料用開閉弁を閉じてエマルジョン燃料循環ループの運転に移行する際に、当該圧力調整手段による圧力調整が開始されるため、円滑な移行を実現することができる。
【００２５】
また、本発明の第７の態様は、前記第１の態様乃至第６の態様のいずれかのディーゼル機関のエマルジョン燃料供給装置において、前記エマルジョン燃料循環ループ外の位置であって、前記燃料循環ループ中の前記エマルジョン燃料戻しラインの合流点と前記加熱手段との間に純燃料用温度センサが配設され、前記エマルジョン燃料形成手段に水を送るライン中に水温可変部が設けられ、前記水温可変部より下流位置に水温センサが配設され、前記純燃料用温度センサの検出燃料温度に前記水温センサの検出水温度が一致する方向に前記水温可変部を駆動制御するように構成されていることを特徴とするものである。
【００２６】
本発明によれば、実際の運転において、純燃料の粘度を一定の値に保つ為に純燃料の加熱を行なうが、この場合純燃料の性状により適宜温度を変更する必要がある。本発明のフローでは、エマルジョン燃料を形成するときに、加熱された純燃料に、水を加えることになる為、その加熱された純燃料の温度を設定値とし、加える水の温度をこの純燃料温度（設定値）と同一にすることで、燃料性状の変化に応じて燃料温度が変わっても、自動的に目的とする温度を保ったエマルジョン燃料を形成することができる。
【００２７】
また、本発明の第８の態様は、前記第１の態様乃至第６の態様のいずれかのディーゼル機関のエマルジョン燃料供給装置において、前記エマルジョン燃料循環ループ外の位置であって、前記燃料循環ループ中の前記エマルジョン燃料戻しラインの合流点と前記加熱手段との間に純燃料用温度センサが配設され、前記エマルジョン燃料循環ループ中にエマルジョン燃料温度センサが配設され、前記純燃料用温度センサの検出燃料温度に前記エマルジョン燃料温度センサの検出温度が一致する方向に、前記エマルジョン燃料形成手段に水を送るライン中に設けられている水温可変部を駆動制御するように構成されていることを特徴とするものである。
【００２８】
本発明によれば、Ｃ重油等の燃料を使用したエンジンの場合には、ヒーターの出口部に通常は粘度センサと呼ばれる重油粘度測定装置を設け、この信号によりヒーター出口の温度調整を行なう場合が多い。この様な場合には、重油の性状により、温度が自動的に変化する為、この温度を無視して加水温度を一定にすると不具合となることがある。
【００２９】
特にエンジン負荷が軽い場合には、消費燃料が少なく成る為、エマルジョン循環系に生じた熱により、ライン温度が上昇する可能性がある。また、配管の放熱設計によっては逆に温度が低下してしまう場合も想定される。このような場合には、エマルジョン燃料温度センサによりエマルジョン燃料温度を計測し、この計測値が、純燃料用温度センサの計測値と同一となるように、前記エマルジョン燃料形成手段への注水温度を制御することにより、軽負荷時においても安定した温度制御が実現できる。
本発明の更に他の目的および効果は、以下の詳細な説明及び図面から明らかになるであろう。
【００３０】
【発明の実施の形態】
〔実施の形態１〕
以下、図面により本発明の一実施の形態を説明する。図１は本発明に係るディーゼルエンジンの構成図、図２はエマルジョン燃料を作るための注水制御機構の標準的な構成図である。本実施の形態に係る「燃料循環ループ」は、図６に示した従来のものと、エマルジョン燃料形成手段であるミキサー４５の配設位置と、燃料戻しライン２６に純燃料用開閉弁４１が設けられている点で一部相違するが、その他の構成は共通しているので、その相違部分を説明し、共通部分は同一符号を付して説明は省略する。
【００３１】
エマルジョン燃料形成手段であるミキサー４５は、前記燃料循環ループ中の前記燃料噴射部である燃料噴射ゾーン３への燃料流入部の手前に設けられている。
【００３２】
本実施の形態に係る「エマルジョン燃料循環ループ」は、燃料戻しライン２６の燃料噴射ゾーン３近傍位置と前記ミキサー４５の吸い込み側近傍位置とを連通するエマルジョン燃料戻しライン４６と、前記燃料噴射ゾーン３とを通るループで構成され、更に、前記燃料循環ループの内部容積より小さく形成されている。すなわち、前記燃料循環ループ中に配設されているフィルタ２３，２４および加圧循環ポンプ２１並びに加熱手段であるヒータ２２は、本発明におけるエマルジョン燃料循環ループ外に位置するように構成されている。
【００３３】
本実施の形態に係る「純燃料循環ループ」は、前記燃料循環ループ中の前記エマルジョン燃料戻しライン４６との合流点４７の手前と前記エマルジョン燃料戻しライン４６の分岐点１００の下流との間に設けられた純燃料戻しライン６６と、圧力調整手段である副圧力調整弁４０と、加圧手段である加圧循環ポンプ２１と、加熱手段であるヒーター２２とを通るループで構成される。
【００３４】
そして、前記燃料循環ループとエマルジョン燃料循環ループとは、図１に示したようにコントローラ４８により切り換えられ、更に前記純燃料循環ループとエマルジョン燃料循環ループは、個別に運転可能に構成されている。
【００３５】
本実施の形態では、前記燃料循環ループの燃料戻しライン２６中に純燃料用開閉弁４１が設けられ、前記エマルジョン燃料循環ループのエマルジョン燃料戻しライン４６中にエマルジョン循環用ポンプ４３およびエマルジョン燃料用開閉弁４２が設けられている。
【００３６】
そして、前記コントローラ４８の制御信号により、燃料循環ループを運転（非加水時）するときは純燃料用開閉弁４１は開状態とされ且つミキサー４５は非作動状態に保持される。一方、エマルジョン燃料循環ループを運転（加水時）するときは純燃料用開閉弁４１は閉状態とされ、エマルジョン循環用ポンプ４３は作動状態とされ、エマルジョン燃料用開閉弁４２は開状態とされ且つ前記ミキサー４５は作動状態となるように構成されている。この際、前記純燃料戻しライン６６を通る純燃料循環ループとエマルジョン燃料循環ループは、個別に運転可能であるため、エマルジョン燃料循環ループでは、負圧や異常昇圧することなく、運転できる。
【００３７】
更に本実施の形態では、図６に示した従来のものと違って、純燃料流量計４４が、燃料循環ループ中のエマルジョン燃料循環ループへの合流点４７の手前に配設されている。そして、純燃料流量計４４の検出信号に基づいて、前記エマルジョン燃料形成手段であるミキサー４５の動作状態が制御されるように構成されている。これにより、エンジンでの燃料消費量の計測精度が向上し、もってエマルジョン燃料形成手段であるミキサー４５の動作状態の制御も高精度で行うことができるようになっている。
【００３８】
また、燃料循環ループ中のエマルジョン燃料循環ループ外の位置であって、エマルジョン燃料循環ループへの合流点４７の手前と純燃料用開閉弁４１の下流位置近傍との間の前記純燃料戻しライン６６に、前記燃料噴射ゾーン３中の主圧力調整弁である加圧循環圧力調整弁３０より高圧に設定された圧力調整手段である副圧力調整弁４０が設けられている。
【００３９】
次に、エマルジョン燃料を作る為の注水制御機構の標準的な構成例を図２に基づいて説明する。エンジンの消費燃料を計測する発信式の前記純燃料流量計４４からの信号を受信した比率設定器５７が予め内部に保持している加水率設定値に基づき、水量制御器５６へ目標とする水量の指示信号を出力する。水量制御器５６は、水流量計５４の信号を受信し、設定された水量となるように水量制御弁５３の開度調整を行ない、逆止弁５５を経由してミキサー４５へ水を供給するものである。尚、図２において、符号５０は水タンク、符号５１はフィルタ、符号５２はポンプを示す。
【００４０】
次に、上記実施の形態の作用を図１に基づいて説明する。燃料噴射ゾーン３に加圧循環出口管２５を経由して供給された純燃料は、非加水時（運転準備中を含む）に、燃料循環ループを通る次のような循環を行なう。
【００４１】
〔燃料循環ループを通る非加水時の運転〕
燃料噴射ゾーン３の入口部分に設置された副圧力調整弁４０は、加圧循環圧力調整弁３０より高めの圧力調整がなされているので、通常この状態では流通しないで、純燃料の全量が純燃料流量計４４を経由し、ミキサー４５、加圧循環往き管３２、加圧循環圧力調整弁３０を経由し、加圧循環戻り管３３に至る。また同時に噴射ポンプ３１へ枝管を経由し燃料供給が行われる。
【００４２】
コントローラ４８は、この状態では純燃料用開閉弁４１を開にしており、燃料はエンジンで消費されなかった量が純燃料用開閉弁４１を経由し、燃料戻しライン２６を経由し、脈動緩衝器２０で整流されて加圧循環ポンプ２１の吸込み側に戻る。この際、発信式の純燃料流量計４４の検出信号は、この状態で注水制御機構に送ると、加水率が増大してしまうため、注水制御機構に出力しないようにインターロックが設けられている。
【００４３】
この時には、エマルジョン循環用ポンプ４３は停止しており、エマルジョン燃料用開閉弁４２は閉弁しているのが通常である。しかし、エマルジョン燃料戻しライン４６の温度を均一化させる為に、エマルジョン循環用ポンプ４３を運転し、エマルジョン燃料用開閉弁４２を開にしておいても良い。この場合、エマルジョン循環用ポンプ４３の能力に応じ、エマルジョン燃料戻しライン４６を通って加圧循環戻り管３３側から加圧循環往き管３２へ燃料を通過させ循環することが出来る。
【００４４】
尚、純燃料用開閉弁４１やエマルジョン燃料用開閉弁４２は、通常は電気や空気等の力により開閉出来る自動弁を使用するが、エマルジョン燃料用開閉弁４２については、加圧循環往き管３２側から加圧循環戻り管３３側への流れを遮断する方向に取り付けられた逆止弁にて代用することが出来る。
【００４５】
次に、エマルジョン燃料形成手段であるミキサー４５に注水してエマルジョン燃料を形成し、該エマルジョン燃料を使ったエマルジョン燃料循環ループを通る加水時の運転を説明する。
【００４６】
〔エマルジョン燃料循環ループを通る加水時の運転〕
加水運転の条件になると、コントローラ４８は純燃料用開閉弁４１を閉止させるので、加圧循環往き管３２の圧力が上昇し、副圧力調整弁４０が圧力調整を開始する。従って、発信式の純燃料流量計４４にはエンジンで消費される分の燃料のみが通過することになり、この状態で図２に示した注水制御機構へ流量信号を送ることにより、比例注水を行なう条件が整う。同時にエマルジョン循環用ポンプ４３を運転し、エマルジョン燃料用開閉弁４２を開にすることにより、エマルジョン燃料循環ループが形成され、エマルジョン化の準備が整う。
【００４７】
水タンク５０を含む比例注水系から供給された水と燃料は、ミキサー４５にて混合されてエマルジョン燃料となる。このエマルジョン燃料は、加圧循環往き管３２を経由し加圧循環戻り管３３に至るが、純燃料用開閉弁４１は閉止しているので、余剰燃料は全量がエマルジョン循環用ポンプ４３に吸い込まれ、エマルジョン燃料用開閉弁４２を経由して、エマルジョン合流点４７へ至るフローが成立する。
【００４８】
なお、エマルジョン循環用ポンプ４３は、主に容積式ポンプが使用されるが、このポンプの吐出能力がラインに見合ったものである場合には、加圧循環往き管３２の圧力は副圧力調整弁４０により決定されるので、加圧循環戻り管３３の圧力はこの圧力から加圧循環圧力調整弁３０のリリーフ圧力を差し引いた圧力になる。
【００４９】
この他、エマルジョン循環用ポンプ４３には、加圧循環圧力調整弁３０のリリーフ圧力より小さい吐出圧力を持った遠心ポンプやカスケードポンプ等を使用することも出来る。いずれのポンプを使用した場合であっても、加圧循環往き管３２の絶対圧力は、副圧力調整弁４０により決定されるので、圧力が過大に成る虞は無く、従来のエンジン仕様を大幅に変更する必要が無い。
【００５０】
〔実施の形態２〕
図３は本願発明の他の実施の形態を示す構成図である。この実施の形態２においては、純燃料流量計４４が、燃料ブースタゾーン１から前記燃料循環ループへの合流点の手前のライン（ブースタ出口管）１４に配設され、該純燃料流量計４４の検出信号に基づいて、前記エマルジョン燃料形成手段であるミキサー４５の動作状態が制御されるように構成されている。その他の構成は図１に示した実施の形態１と同様なので、同一部分に同一符号を付して説明は省略する。尚、コントローラ４８等の一部は図示を省略されている。
【００５１】
本実施の形態２によれば、純燃料流量計４４が燃料ブースタゾーン１から燃料循環ループへの合流点の手前のライン１４に配設されているので、前記燃料戻しライン２６中に設けられている純燃料用開閉弁４１の開閉による影響を受けずに、該純燃料流量計４４の通過流量を計測することができる。従って、常にエンジンの消費量に見合った燃料流量の計測が可能となり、安定した制御がし易くなるという効果が得られる。
【００５２】
〔実施の形態３〕
図４は更に本願発明の他の実施の形態を示す構成図である。この実施の形態３においては、前記燃料循環ループ中のエマルジョン燃料循環ループ外の位置であって、前記エマルジョン燃料循環ループへの合流点４７と前記ヒータ２２との間に純燃料用温度センサ６０が配設されている。また、前記エマルジョン燃料形成手段であるミキサー４５に水を送るライン中であって水温可変部６３より下流位置に水温センサ６１が図示の如く配設されている。そして、演算器６５により純燃料用温度センサ６０の検出燃料温度に前記水温センサ６１の検出水温度が一致する方向に前記水温可変部６３を駆動制御するように構成されている。
【００５３】
実際の運転において、純燃料の粘度を一定の値に保つ為に純燃料の加熱を行なうが、この場合純燃料の性状により適宜温度を変更する必要がある。本実施の形態では、エマルジョン燃料を形成するときに、加熱された純燃料に、水を加えることになるため、その加熱された純燃料の温度を設定値とし、加える水の温度をこの純燃料温度（設定値）と同一にすることで、燃料性状の変化に応じて燃料温度が変わっても、自動的に目的とする温度を保ったエマルジョン燃料を形成することができる。
【００５４】
また、本実施の形態では、エマルジョン燃料循環ループ中にエマルジョン燃料温度センサ６２が配設されている。この例ではミキサー４５と加圧循環往き管３２との間に設けられている。そして、前記純燃料用温度センサ６０の検出燃料温度に当該エマルジョン燃料温度センサ６２の検出温度が一致する方向に、前記エマルジョン燃料形成手段に水を送るライン中に設けられている水温可変部６３を駆動制御するように構成されている。その他の構成は図１に示した実施の形態１と同様なので、同一部分に同一符号を付して説明は省略する。尚、コントローラ４８等の一部は図示を省略されている。
【００５５】
Ｃ重油等の燃料を使用したエンジンの場合には、ヒータ２２の出口部に通常は粘度センサと呼ばれる重油粘度測定装置を設け、この信号によりヒーター出口の温度調整を行なう場合が多い。この様な場合には、重油の性状により、温度が自動的に変化する為、この温度を無視して加水温度を一定にすると不具合となることがある。
【００５６】
純燃料用温度センサ６０で重油温度を計測することにより、現在の目標温度が何度であるかを知ることが出来る。エンジン負荷が大きい場合には、本発明のエマルジョン燃料循環系の発熱は、無視出来る程度であるので、水温はこの温度と同一の温度設定とすることにより、エンジンへ適正粘度のエマルジョン燃料を送ることが出来る。
【００５７】
しかし、エンジン負荷が軽い場合には、消費燃料が少なく成る為、エマルジョン燃料循環系に生じた熱により、ライン温度が上昇する可能性がある。また、配管の放熱設計によっては逆に温度が低下してしまう場合も想定される。このような場合には、エマルジョン燃料温度センサ６２によりエマルジョン燃料温度を計測し、この計測値が、純燃料用温度センサ６０の計測値と同一となるように、前記エマルジョン形成手段であるミキサー４５への注水温度を制御することにより、軽負荷時においても安定した温度制御が実現できる。
【００５８】
また、エマルジョン燃料は、純燃料と比較し、同一温度における粘度が上昇する傾向にある。エマルジョン燃料の粘度変化は、非ニュートン性を示すため、せん断力の大きな条件では急激に粘度が低下し、純燃料の粘度に近づく傾向となるので、静的な粘度計測の結果に見合う温度制御は不要である。
【００５９】
しかし、エンジンの噴射系に応じては、エマルジョン燃料の温度を、例えば純燃料よりも若干温度を高目に設定する場合も考えられる。この際のエマルジョン燃料の温度は、エンジンの高圧管の圧力計測等により実験的に確かめる方法が一般的である。
【００６０】
この場合には、予め加水率に応じたエマルジョン燃料の温度を演算器６５に設定して置き、加水率指示信号との比較を行ないながら、実際に設定する水温若しくはエマルジョン燃料温度を純燃料用温度センサ６０に対して設定値を上下してコントロールすることにより、自動的に最適な温度設定が可能となるものである。演算器６５は、ＰＩＤ制御、ＯＮ／ＯＦＦ制御、ファジー制御等を行うものが使用出来る。
【００６１】
通常、加熱は蒸気により行なうが、この場合には演算器６５の出力を水加熱用蒸気制御弁６４に出力し、制御対象の温度とのフィードバックを取りながら、熱交換器よりなる水温可変部６３に蒸気を供給する。尚、エマルジョン燃料形成手段の注水制御機構にあっては、エンジンの負荷変動に応じて、水量も大きく変化するので、必要に応じ、演算器６５に水量信号を入力し、非加熱側の流量変化に即応できる制御方法にすることも可能である。なお、小規模装置にあっては、電気ヒーターによって加熱したり、冷却が必要な場合には、冷却用冷水等により熱交換する設備でもよい。
【００６２】
【発明の効果】
本発明によれば、前記燃料循環ループとエマルジョン燃料循環ループとは前記コントローラにより連通が切り換えられて、前記純燃料循環ループとエマルジョン燃料循環ループとは別個に運転可能に形成されていると共に、前記エマルジョン燃料循環ループの内部容積は、前記燃料循環ループの内部容積より小さく形成されているため、エマルジョン化される燃料の量が従来の構造に比して少なくなり、燃料の加水率の変更を短時間で行うことが可能となり、高応答性のエマルジョン燃料供給装置を実現することができる。その上、燃料循環ループが、エマルジョン燃料循環ループとは別に運転可能な構成であるため、特に中大型エンジンの場合には、噴射ポンプに熱が滞留しないように加圧循環ポンプで強制循環することができ、また、ヒータやフィルタによって、起動前において、純燃料温度の安定化や滞留空気の排除を行える。
【００６３】
また、前記燃料循環ループ中に配設されるフィルタおよび前記加圧手段または加熱手段が、エマルジョン燃料循環ループ外に位置するように構成されているものは、エマルジョン燃料循環ループ中に、従来のフィルタや加熱手段等は存在しないため、前記滞留現象の問題は殆ど無くなり、より一層、燃料の加水率の変更を短時間で円滑に行うことが可能となる。
【００６４】
すなわち、エマルジョン燃料のバッファ（加水率を変えるときに消費する燃料の量）が少なくなったため、加水開始後の安定化までの時間や、水抜きのための停止時間が大幅に短縮した。また、ヒータやフィルタでの水分離の懸念が無くなり、保守性が大幅に向上した。
【００６５】
Ｃ重油運転の場合には、この方法では燃料温度管理が繁雑になることが予想されたが、本方式により、自動的に最適なエマルジョン燃料温度が維持できるため、バッファが少なくなったことによる弊害が排除された。
【００６６】
エマルジョン燃料によるディーゼルエンジンのＮＯｘ低減は、従来使用されていた燃料噴射系に大幅な改造を加えること無く適用できることや、ＮＯｘ低減ばかりで無く、煤塵への効果が期待されることから有効な手段であるが、切替え時間が長くなることや、ヒータやフィルタの保守性の問題点が指摘されて、実用化の障害になっていた。それが、本発明によりこれらの障害が排除されることにより、地球環境の改善に寄与出来るものと信じる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係るディーゼル機関のエマルジョン燃料供給装置を示す構成図である。
【図２】エマルジョン燃料を作るための注水制御機構の標準的な構成図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係るディーゼル機関のエマルジョン燃料供給装置を示す構成図である。
【図４】本発明の実施の形態３に係るディーゼル機関のエマルジョン燃料供給装置を示す構成図である。
【図５】通常のディーゼルエンジンの基本的な構成の一例を示す図である。
【図６】図５に示したディーゼルエンジンに、エマルジョン燃料形成手段を設けた図である。

Claims

純燃料供給源と、
該純燃料供給源から送られる燃料を加圧する加圧手段と、前記加圧された燃料の一部をエンジンのシリンダに噴射する燃料噴射部と、該燃料噴射部で噴射されなかった残りの燃料を前記加圧手段の吸い込み側に戻す燃料戻しラインとを通る燃料循環ループと、を備えたディーゼル機関であって、
前記燃料循環ループ中の前記燃料噴射部への燃料流入部の手前に設けられたエマルジョン燃料形成手段と、前記燃料戻しラインから分岐し前記エマルジョン燃料形成手段の吸い込み側近傍位置とを連通するエマルジョン燃料戻しラインと、前記燃料噴射部とを通るループであって、前記燃料循環ループの内部容積より小さく形成されたエマルジョン燃料循環ループと、
前記燃料循環ループ中の前記エマルジョン燃料戻しラインとの合流点の手前と前記エマルジョン燃料戻しラインの分岐点の下流との間に設けられた純燃料戻しライン及び該純燃料戻しライン中に設けられた圧力調整手段とを通る純燃料循環ループと、
前記燃料循環ループとエマルジョン燃料循環ループを切り換えるコントローラと、を備え、
非加水時に純燃料が燃料循環ループを通り、
加水時にエマルジョン燃料がエマルジョン燃料循環ループを通るように構成され、
前記純燃料循環ループとエマルジョン燃料循環ループとは、前記コントローラの切り換えにより、独立して循環可能に形成されていることを特徴とするディーゼル機関のエマルジョン燃料供給装置。
請求項１において、前記燃料循環ループ中に配設されるフィルタ及び／又は加熱手段は、前記エマルジョン燃料循環ループ外に位置するように構成されていることを特徴とするディーゼル機関のエマルジョン燃料供給装置。
請求項１または２において、前記燃料戻しラインの前記エマルジョン燃料戻しラインとの分岐点と純燃料戻しラインとの合流点の間には純燃料用開閉弁が設けられ、前記エマルジョン燃料循環ループのエマルジョン燃料戻しライン中にはエマルジョン循環用ポンプおよびエマルジョン燃料用開閉弁が設けられ、前記コントローラの制御信号により、純燃料での運転を実施するときは前記純燃料用開閉弁は開状態とされ且つ前記エマルジョン燃料形成手段は非作動状態に保持され、エマルジョン燃料での運転を実施するときは前記純燃料用開閉弁は閉状態とされ、前記エマルジョン循環用ポンプは作動状態で前記エマルジョン燃料用開閉弁は開状態とされ且つ前記エマルジョン燃料形成手段は作動状態となるように構成されていることを特徴とするディーゼル機関のエマルジョン燃料供給装置。
請求項１から３のいずれか１項において、純燃料流量計が、前記燃料循環ループから前記エマルジョン燃料循環ループへ燃料を供給する位置に配設され、該純燃料流量計の検出信号に基づいて、前記エマルジョン燃料形成手段の加水量が制御されるように構成されていることを特徴とするディーゼル機関のエマルジョン燃料供給装置。
請求項１から３のいずれか１項において、純燃料流量計が、前記純燃料供給源から前記燃料循環ループへの供給ラインに配設され、該純燃料流量計の検出信号に基づいて、前記エマルジョン燃料形成手段の加水量が制御されるように構成されていることを特徴とするディーゼル機関のエマルジョン燃料供給装置。
請求項１から５のいずれか１項において、前記純燃料循環ループを形成する為の前記純燃料戻しラインに設けられた前記圧力調整手段を、燃料循環ループ中に設けられた主圧力調整弁より高い圧力に設定された副圧力調整弁を用いることを特徴とするディーゼル機関のエマルジョン燃料供給装置。
請求項１から６のいずれか１項において、前記エマルジョン燃料循環ループ外の位置であって、前記燃料循環ループ中の前記エマルジョン燃料戻しラインの合流点と前記加熱手段との間に純燃料用温度センサが配設され、前記エマルジョン燃料形成手段に水を送るライン中に水温可変部が設けられ、前記水温可変部より下流位置に水温センサが配設され、前記純燃料用温度センサの検出燃料温度に前記水温センサの検出水温度が一致する方向に前記水温可変部を駆動制御するように構成されていることを特徴とするディーゼル機関のエマルジョン燃料供給装置。
請求項１から６のいずれか１項において、前記エマルジョン燃料循環ループ外の位置であって、前記燃料循環ループ中の前記エマルジョン燃料戻しラインの合流点と前記加熱手段との間に純燃料用温度センサが配設され、前記エマルジョン燃料循環ループ中にエマルジョン燃料温度センサが配設され、前記純燃料用温度センサの検出燃料温度に前記エマルジョン燃料温度センサの検出温度が一致する方向に、前記エマルジョン燃料形成手段に水を送るライン中に設けられている水温可変部を駆動制御するように構成されていることを特徴とするディーゼル機関のエマルジョン燃料供給装置。