JP4444269B2 - エマルション燃料供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、ディーゼル・エンジンにエマルション燃料を供給するためのエマルション燃料供給装置に関する。

ディーゼル・エンジンの排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減すると共に煤の発生を抑制する技術が、例えば特許文献１として知られている。この技術は、燃料（軽油又はＡ重油）に水及び乳化剤を加えてエマルション燃料とし、このエマルション燃料を燃料噴射弁から燃焼室へ噴射し且つ燃焼させ、燃焼温度を下げることでＮＯｘの生成を抑えるものである。

ここで、エマルション燃料を作り出してディーゼル・エンジンへ供給するエマルション燃料供給装置は、例えば次のような構成となっている。

エマルション燃料供給装置は、軽油タンク、水タンク、及び乳化剤カートリッジを備え、軽油タンク、水タンク、及び乳化剤カートリッジにはそれぞれ電気モータで駆動される燃料ポンプ、水ポンプ、乳化剤ポンプの吸い込み口が接続されている。これらのポンプの駆動がエマルション・コントローラにより各々独立して制御される。各ポンプの吐出し口は、それぞれ別個の可変流量制御弁（比率調整装置）を通過した後、合流されて静止型ミキサーの入口に流入する。可変流量制御弁は、エマルション・コントローラによりそれぞれの流路面積が独立して制御される。静止型ミキサーの出口は、噴射ポンプの吸込み口に接続されている。

従って、可変流量制御弁により負荷に応じて流量が調整されて水比率を変化させながら静止型ミキサーによりエマルション燃料を生成し、噴射ポンプへ送出することができる。

しかし、上記構造では生成したエマルション燃料を溜め置くことができず、可変流量制御弁による制御が複雑であり、可変流量制御弁等の故障時にはエマルション燃料の供給が直ちに停止してしまうという問題があった。

特開２００２−１３８９０６号公報

解決しょうとする問題点は、可変流量制御弁による制御が複雑であり、可変流量制御弁等の故障時にはエマルション燃料の供給が直ちに停止してしまうという点である。

本発明は、簡単な制御によりエマルション燃料を確実に供給するために、所定の割合で供給された燃料、水、乳化剤からエマルション燃料を作り出しディーゼル・エンジンに供給するためのエマルション燃料供給装置において、前記エマルション燃料を溜め置くと共に必要量を前記ディーゼル・エンジンに供給可能とするエマルション槽を備え、前記エマルション槽は、前記燃料、水、乳化剤の供給を受ける混合槽及び該混合槽の燃料、水、乳化剤の混合液を導いて作り出したエマルション燃料を前記ディーゼル・エンジンに供給するために溜め置き可能にすると共に一定量以上を前記混合槽側へオーバー・フローさせる溜置槽からなり、前記混合槽内の液面の上限を検出する上限レベル・センサ及び同下限を検出する下限レベル・センサを設け、前記上限レベル・センサが検出する液面の上限は、前記溜置槽の液面のオーバー・フロー限界より低い、ことを最も主要な特徴とする。

本発明は、所定の割合で供給された燃料、水、乳化剤からエマルション燃料を作り出しディーゼル・エンジンに供給するためのエマルション燃料供給装置において、前記エマルション燃料を溜め置くと共に必要量を前記ディーゼル・エンジンに供給可能とするエマルション槽を備え、前記エマルション槽は、前記燃料、水、乳化剤の供給を受ける混合槽及び該混合槽の燃料、水、乳化剤の混合液を導いて作り出したエマルション燃料を前記ディーゼル・エンジンに供給するために溜め置き可能にすると共に一定量以上を前記混合槽側へオーバー・フローさせる溜置槽からなり、前記混合槽内の液面の上限を検出する上限レベル・センサ及び同下限を検出する下限レベル・センサを設け、前記上限レベル・センサが検出する液面の上限は、前記溜置槽の液面のオーバー・フロー限界より低いため、混合槽に供給された燃料、水、乳化剤を導き、作り出されたエマルション燃料を溜置槽に溜め置くことができ、この溜置槽から必要量をディーゼル・エンジンに供給することができる。

従って、可変流量制御弁の制御が不要となり、且つ故障により混合槽への燃料、水、乳化剤の供給が停止しても、溜置槽にエマルション燃料が溜め置かれているので、エマルション燃料の供給を所定時間継続させることができる。
また、混合槽に既に供給されている燃料、水、乳化剤を導き、作り出されたエマルション燃料を溜置槽に送ることもできるので、エマルション槽全体の容量を有効に利用してエマルション燃料の供給を継続させることができる。
そして、混合槽内の液面の上限を検出する上限レベル・センサ及び同下限を検出する下限レベル・センサを設け、前記上限レベル・センサが検出する液面の上限は、前記溜置槽の液面のオーバー・フロー限界より低いため、混合槽内に燃料、水、乳化剤の混合液を所定量保持させ、且つ溜置槽から混合槽へのオーバー・フローを確実に行わせ、溜置槽にエマルション燃料を確実に溜め置きながら、乳化を確実に促進させることができる。

簡単な制御によりエマルション燃料を確実に供給するという目的を、混合槽及び溜置槽から成るエマルション槽により実現した。

［車両及び排気浄化システム１］
図１は、本発明実施例に係るディーゼル・エンジンの排気浄化システムを搭載した車両の骨格を示す平面図、図２は、本発明実施例に係るディーゼル・エンジンの排気浄化システム１を示す構成図である。
図１，図２のように、排気浄化システム１は、ディーゼル・エンジン３に対してエマルション燃料供給装置５及び酸化触媒装置７を備えている。エマルション燃料供給装置５は、燃料、水、乳化剤を混合してエマルション燃料を作り出し、ディーゼル・エンジン３に供給するためのものである。なお、エマルション燃料供給装置５は、車載状態でエマルション燃料を作り出すものに限らず、予め作り出されたエマルション燃料を貯蔵したタンクを搭載し、このタンクから必要に応じてエマルション燃料を供給する構成にすることもできる。酸化触媒装置７は、ディーゼル・エンジン３での燃焼による排気ガス中のＨＣやＣＯなどを酸化により浄化するためのものである。
エマルション燃料供給装置５は、軽油タンク９、水タンク１１、乳化剤タンク１３、及びエマルション槽であるエマルション・タンク１５を蓄えている。軽油タンク９には、燃料としての軽油を蓄えている。燃料としては、Ａ重油を用いることもできる。水タンク１１には、水を蓄えている。乳化剤タンク１３には、乳化剤を蓄えている。エマルション・タンク１５は、軽油タンク９、水タンク１１、乳化剤タンク１３から供給された軽油、水、乳化剤を所定の割合で混合してエマルション燃料を作り出し、このエマルション燃料をディーゼル・エンジン３へ供給する。
軽油タンク９、水タンク１１、及び乳化剤タンク１３とエマルション・タンク１５との間は、軽油配管１７，水配管１９，乳化剤配管２１によって接続されている。各配管１７，１９，２１は、一端が軽油タンク９、水タンク１１、及び乳化剤タンク１３内底部側に臨まされ、他端がエマルション・タンク１５内上部に臨まされている。水配管１９及び乳化剤配管２１の一端には、ストレーナ２３，２５が取り付けられている。
軽油配管１７には、軽油ポンプ・ユニット２６の軽油ポンプ２７及びフィルタ２９が介設され、水配管１９には、水ポンプ３１が介設されると共に電磁弁（２方弁）３３が接続され、乳化剤配管２１には、乳化剤ポンプ３５が介設されている。各ポンプ２７，３１，３５は、本実施例において電磁ポンプであり、電気的な駆動がコントロール・ユニット３７により各々独立して制御される。各ポンプ２７，３１，３５の制御により、例えば軽油：水＝７：３（或いは８；２）等の割合で送り出される。乳化剤は、乳化剤原液を予め灯油又は軽油で２倍に希釈したものが用いられ、この希釈された乳化剤がポンプ３５の制御により全体の２％となるように送り出される。電磁弁３３は、その切換がコントロール・ユニット３７により制御される。
エマルション・タンク１５内上部には、メッシュ或いは多孔板で形成された受け皿３９が設けられ、各配管１７，１９，２１から吐出される燃料、水、乳化剤を受け入れる。なお、受け皿３９は、無孔の金属板などにより形成することもできる。
エマルション・タンク１５内は、区画壁４１により混合槽としての第１槽４３と溜置槽としての第２槽４５とに区画されている。混合槽及び溜置槽は、それぞれ複数槽で構成することもできる。
第１槽４３内では、受け皿３９を通過して落下する燃料、水、乳化剤が混合する。第２槽４５内には、エマルション燃料が貯留される。第２槽４５から溢れ出たエマルション燃料は、第１槽４３に戻される。
エマルション・タンク１５には、上限レベル・センサ４７及び下限レベル・センサ４８が設けられている。各センサ４７，４８の検出信号は、コントロール・ユニット３７に入力され、各ポンプ２７，３１，３５の駆動がコントロール・ユニット３７により制御される。
上限レベル・センサ４７により、第１槽４３内の混合液の上限が検出される。この上限は、第２槽４５の液面高さを決める区画壁４１よりも低い位置に設定されている。下限レベル・センサ４８により第１槽４３内の混合液の下限が検出される。従って、第１槽４３内の混合液液面レベルが上限レベル・センサ４７及び下限レベル・センサ４８で決められる上限下限間にあるように各ポンプ２７，３１，３５の駆動がコントロール・ユニット３７により制御される。
エマルション・タンク１５の底部には、ミキシング配管４９が接続され、第１槽４３及び第２槽４５の底部間を連通させている。ミキシング配管４９には、ミキシング・ポンプ５０、フィルタ５１、及びミキサー５３が介設されている。これらミキシング・ポンプ５０、フィルタ５１、及びミキサー５３は、ミキシング・ユニット５４を構成する。
ミキシング・ポンプ５０は、電気モータで駆動され、その駆動がコントロール・ユニット３７により制御される。ミキサー５３は、内部に後述するミキサー・エレメントが内蔵され、第１槽４３からミキシング・ポンプ５０により送られる混合液を後述のミキサー・エレメントに通すことでエマルション燃料を作り、第２槽４５に送り出す。
エマルション・タンク１５の上流側には、プリミクス配管５５が接続されている。プリミクス配管５５は、一端が第１槽４３内底部側に臨まされ、他端が同上部液面外に臨まされている。
プリミクス配管５５には、プリミクス・ポンプ５７が介設されている。プリミクス・ポンプ５７は、本実施例において電磁ポンプであり、電気的な駆動がコントロール・ユニット３７により制御される。
エマルション・タンク１５の第２槽４５とエンジンのフィード・ポンプ５９との間は、エマルション供給配管６１によって接続されている。エマルション供給配管６１の一端は、第２槽４５の底部側に臨まされ、ストレーナ６３が取り付けられている。エマルション供給配管６１には、逆止弁６５が介設されている。
フィード・ポンプ５９は、噴射ポンプ６７に接続され、エンジン・コントロール・ユニット６８による噴射ポンプ６７の制御によりディーゼル・エンジン３の噴射ノズル６９へエマルション燃料を供給できるようになっている。
噴射ポンプ６７とエマルション・タンク１５の第１槽４３との間は、戻り配管７１によって接続されている。
エマルション供給配管６１と軽油タンク９との間は、割込配管７３によって接続されている。割込配管７３の一端は、軽油タンク９内底部側に臨まされ、同他端は、フィード・ポンプ５９と逆止弁６３との間でエマルション供給配管６１に接続されている。
割込配管７３には、前記軽油ポンプ・ユニット２６の割込ポンプ７５及び電磁弁７７が介設されている。割込ポンプ７５は、本実施例において電磁ポンプであり、電気的な駆動がコントロール・ユニット３７により制御される。電磁弁７７は、その開閉及び開度調整がコントロール・ユニット３７により制御される。
［排気浄化システム１Ａ］
図３は、割込配管の接続位置を変更した本発明実施例に係るディーゼル・エンジンの排気浄化システム１Ａを示す構成図である。
図２の排気浄化システム１に代えて、図３の排気浄化システム１Ａのように構成することもできる。この排気浄化システム１Ａでは、割込配管７３Ａを、フィード・ポンプ５９と噴射ポンプ６７との間に接続した。また、排気浄化システム１の電磁弁７７に代え、排気浄化システム１Ａでは逆止弁７７Ａとした。
［酸化触媒装置］
酸化触媒装置７は、ディーゼル・エンジン３の排気系中に設けられてエマルション燃料が供給されたディーゼル・エンジン３での燃焼による排気ガスを酸化により浄化する。酸化触媒装置７は、主触媒装置７９と副触媒装置８１とからなっている。主触媒装置７９は、副触媒装置８１に比較して相対的に容量が大きくなっている。副触媒装置８１は、主触媒装置７９に比較して相対的に容量が小さくなっている。本実施例では、副触媒装置８１は、主触媒装置７９の５〜１５％の容量である。
主触媒装置７９は、エンジン・ルーム外にある排気系中、すなわち車両フロアの床下配置で排気管８０に介設されている。副触媒装置８１は、主触媒装置７９よりもディーゼル・エンジン３の排気系の上流側部分、好ましくはエンジン・ルーム内に配置されている。本実施例では、副触媒装置８１が排気ガス温度の高いエキゾースト・マニホールド８３の下流側直後で排気管８０に介設されている。
［ミキサー］
図４〜図６は、ミキサーの概略断面図であり、図４は、単体のミキサー・エレメントを備えた例を示し、図５は、複数のミキサー・エレメントを相互間に空隙を挟んで連設した例を示し、図６は、複数のミキサー・エレメントを相互間にネット・スペーサを挟んで連設した例を示す。
図４のミキサー５３は、前記ミキシング配管４９に介設接続されて管路を構成する径の大きなエレメント収納部８５に単体のミキサー・エレメント８７が収納支持されたものである。ミキサー・エレメント８７は、前記混合液を通過させる際に撹拌することでエマルション燃料を作り出す金属細線を変形圧縮した塊からなるものとして形成されている。本実施例において、ミキサー・エレメント８７は、例えば線径０．０８ｍｍ程度の金属細線をランダムに丸めて圧縮成形し所定圧縮密度の圧縮塊としたもの、或いは線径０．０８ｍｍ程度の金網をランダムに丸めて圧縮成形し所定圧縮密度の圧縮塊としたものが用いられている。圧縮の密度は、例えば長さ１０ｍｍ、直径６ｍｍの大きさで０．５ｇ程度となるものである。
前記ミキサー・エレメント８７は、前記エレメント収納部８５内に互いに所定距離離した状態で複数連設配置してもよい。
図５のミキサー５３は、エレメント収納部８５に例えば４個のミキサー・エレメント８７を相互間に間隔を置いて収納支持させたものである。各ミキサー・エレメント８７間には、リング・スペーサ８９が介設され、ミキサー・エレメント８７間に空隙９１が形成されている。
図６のミキサー５３も、エレメント収納部８５に例えば４個のミキサー・エレメント８７を相互間に間隔を置いて収納支持させたものである。各ミキサー・エレメント８７間には、ネット・スペーサ９３が介設されている。ネット・スペーサ９３は、ミキサー・エレメント８７と同様に金属細線や金網が用いられ、ミキサー・エレメント８７よりも圧縮による密度が小さい塊として構成されている。従って、図６のミキサー・エレメント８７は、少なくとも２個間で圧縮密度が異なっている。連接されるミキサー・エレメント８７は、混合液の上流側から次第に圧縮密度を変化させる構成とすることも可能である。すなわち、ミキサー・エレメント８７は、３個間或いはそれ以上の個数間で圧縮密度を異ならせることもできる。
［エマルション燃料供給、エマルション・タンク］
エンジン始動時、キー・スイッチをレディー位置にすると、コントロール・ユニット３７の制御により軽油ポンプ２７、水ポンプ３１、乳化剤ポンプ３３、プリミクス・ポンプ５７、ミキシング・ポンプ５０が予め駆動される。
軽油ポンプ２７、水ポンプ３１、乳化剤ポンプ３３の駆動により、軽油タンク９、水タンク１１、乳化剤タンク１３から軽油配管１７，水配管１９，乳化剤配管２１を通ってエマルション・タンク１５に一定比率の軽油、水、乳化剤が送られる。
エマルション・タンク１５内では、各配管１７，１９，２１から軽油、水、乳化剤が受け皿３９上に吐出され、且つ吐出力により若干混ざり合う。混ざり合った軽油、水、乳化剤は、受け皿３９のメッシュ等を通って或いは受け皿３９を溢れて下方へ落下し、第１槽４３内へ受け入れられる。
第１槽４３内の混合液は、コントロール・ユニット３７の制御によるプリミクス・ポンプ５７の駆動によりプリミクス配管５５を通り汲み上げられ、且つ落下リターンすることで混合が促進される。
コントロール・ユニット３７の制御によるミキシング・ポンプ５０の回転により第１槽４３内の混合液がミキシング配管４９を通ってミキサー５３に至り、ミキサー５３を混合液が通過することでエマルション燃料となり、第２槽４５内に至る。
第２槽４５内のエマルション燃料は、一定以上になるとオーバー・フローして第１槽４３内へ戻され、乳化前の混合液に混ざり再度ミキサー５３に通される。従って、第２槽４５には、生成されたエマルション燃料を溜めておくことができ、ディーゼル・エンジン３へエマルション燃料を滞りなく供給することができる。
ここで、第１槽４３の上限レベル・センサ４７と下限レベル・センサ４８とが液面レベルを監視し、検出信号がコントロール・ユニット３７に入力される。従って、液面が上限に達したらコントロール・ユニット３７の制御により軽油ポンプ２７、水ポンプ３１、乳化剤ポンプ３３が停止され、第１槽４３への軽油、水、乳化剤の供給が停止される。液面が下限に達したらコントロール・ユニット３７の制御により軽油ポンプ２７、水ポンプ３１、乳化剤ポンプ３３が再駆動され、第１槽４３への軽油、水、乳化剤の供給が再開される。
この制御により、軽油、水、乳化剤の供給が、エマルション燃料の使用量より多ければ、軽油、水、乳化剤の供給が定期的に止まることになる。
軽油、水、乳化剤の供給が、エマルション燃料の使用量より多い間もミキシング・ポンプ５０を回転させ続ければ、第２槽４５から第１槽４３へのオーバー・フローが続く。このオーバー・フローにより、第１槽４３内の液が何度もミキサー５３を通ることになり十分な乳化が可能となる。
ミキサー５３では、供給される軽油、水、乳化剤、戻り燃料、及び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６７へ送ることになる。
油中水滴型（Ｗ／Ｏ型）のエマルション燃料を作り出す水比率の設定は、以下のように行われる。この場合水比率は、体積比率を指すが、質量比率でもほとんど変わらない。乳化剤は、親水性と親油性との釣り合いを表すＨＬＢが３．５〜６程度である。水比率は、走行負荷に応じて変えることもできるが、本実施例において通常走行時に、軽油：水がほぼ７：３或いは８：２となる範囲を選択して設定している。
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生成することで、水成分が噴射ノズル６９や噴射ポンプ６７等に直接接触することが抑制され、これら燃料噴射系等の錆びを抑制することができる。さらに、エマルション燃料の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。
キー・スイッチをレディー位置にしてから一定時間経過すると表示ランプ９５の点灯などによりエマルション燃料の準備ができたことが知らされ、次いでスタータ・スイッチのＯＮによりスタータを回転させるとディーゼル・エンジン３に回転力が与えられる。
フィード・ポンプ５９の回転によりエマルション・タンク１５の第２槽４５からエマルション燃料がエマルション供給配管６１を通り噴射ポンプ６７に送られる。噴射ポンプ６７は、エンジン・コントロール・ユニット６８により制御され、噴射ノズル６９から最適な噴射タイミングで最適な噴射時間だけ燃料が噴射される。噴射ポンプ６７で余った余分なエマルション燃料は、戻り配管７１を通り、エマルション・タンク１５の第１槽４３内へリターンする。
ディーゼル・エンジン３では、噴射されたエマルション燃料が吸気及び圧縮熱により着火燃焼する。この燃焼によるガス膨張でエンジンを回転駆動することができる。
このようにエマルション燃料を用いることで、ディーゼル・エンジン３での最高燃焼温度を抑えることで、ＮＯｘの発生を少なくなる。
［酸化触媒による排気ガス浄化］
燃焼後の排気ガスは、排気系、すなわちエキゾースト・マニホールド８３から排気管８０を通り、排出される。排気管８０を通るとき、副触媒装置８１及び主触媒装置７９でエンジンから排出されたＰＭ、ＨＣ、ＣＯが酸化され、排気ガスが浄化される。
低負荷運転時やエンジン始動時などのような排気ガス低温領域では、ディーゼル・エンジン３にできるだけ近い、排気ガス温度の高い位置で排気ガスを副触媒装置８１により酸化促進させると同時に酸化反応によって排気ガスそのものも加熱する。このため、後流側の主触媒装置７９での反応も期待することができ、双方相俟って低燃焼温度領域においても十分な浄化能力を発揮することが可能となる。また、この領域では排気ガスの排出量ももともと少ないことから、副触媒装置８１でもかなりの部分を酸化浄化することが可能である。

一方、排気ガス流量の多い高回転域では、副触媒装置８１の容量だけでは排気ガスの酸化浄化能力は不足するものの、この領域の排気ガスはもともと排気ガス温度が十分に高温であるため、副触媒装置８１での浄化能力を越えても容量が大きい後流側の主触媒装置７９での十分な反応を期待することができ、十分な浄化能力を発揮することが可能となる。
副触媒装置８１は、主触媒装置７９に比較して相対的に容量が小さく、主触媒装置７９の５〜１５％の容量であるため、エンジン・ルーム内、特にスペースの狭いエキゾースト・マニホールド８３の下流側直後にスペース的に無理なく配置することができ、且つ主触媒装置７９をスペースに余裕のある床下に配置することができる。このため、副触媒装置８１及び主触媒装置７９により排気ガスの十分な浄化能力を発揮しながら無理のない配置を行わせることができる。
［ミキサーによるエマルション化］
ミキサー５３によるエマルション化は、次のように行われる。すなわち、ミキシング・ポンプ５０の回転によりミキサー５３へ圧送された混合液は、図３のようにミキサー・エレメント８７を通ることで、線状の金属線の塊を通過することになる。このとき混合液は、高速で複雑な流路を通ることになり、混合液の水、軽油の粒がより微細化され、十分な乳化が行われ、且つＷ／Ｏ型エマルション燃料が生成される。ミキサー５３で生成されたエマルション燃料は、第２槽４５内に至る。
ミキサー５３が、図４の構成、すなわち複数のミキサー・エレメント８７が空隙９１を有して連接された構成の場合は、各ミキサー・エレメント８７でその個数分の乳化作用が行われ且つ空隙９１に至った液が一旦混合され、再度次のミキサー・エレメント８７を通過するという離合集散作用が繰り返され、乳化を一槽促進させることができる。
ミキサー５３が、図５の構成、すなわち複数のミキサー・エレメント８７がネット・スペーサ９３を介して連接された構成の場合は、各ミキサー・エレメント８７でその個数分の乳化作用が行われ且つネット・スペーサ９３に至った液が、より粗い線状の塊により混合と共に乳化が促進され、再度次のミキサー・エレメント８７を通過するという離合集散作用が繰り返され、乳化を一槽促進させることができる。
このような、管路型のミキサー５３は、微細で複雑な流路を極めて簡単に形成することができ、安価で高性能の管路型のミキサー５３を得ることができる。
［軽油割込］
図２の排気浄化システム１では、コントロール・ユニット３７の制御により、割込ポンプ７５を駆動させ、電磁弁７７を開調整する。これにより軽油タンク９から割込配管７３を通りフィード・ポンプ５９直前でエマルション供給配管６１に軽油を圧送し、ディーゼル・エンジン３に供給するエマルション燃料に軽油割込を行わせることができる。この割込を行う軽油量は、コントロール・ユニット３７による割込ポンプ７５の吐出量調整、電磁弁７７の開度調整により行わせることができる。
エマルション燃料によりディーゼル・エンジン３を駆動する場合は、最高出力時等高負荷時に軽油燃料のみの場合と比較して出力の低下があるため、軽油割込によりエマルション燃料の軽油比率を簡単に高め、出力減を補うことができる。
すなわち、登坂走行、加速走行などの高負荷走行時に割込ポンプ７５を駆動させると共に電磁弁７７を負荷に応じて開度調整し、軽油の割合を高める。車両が高速巡航走行など低負荷走行時には、割込ポンプ７５を停止させると共に電磁弁７７を閉とする。これによりエマルション燃料の軽油：水は、設定されたほぼ７：３或いは８：２等となり、水比率が多くなる。これにより、ＮＯｘは大きく低減され、ＰＭ（パーティキュレート・マター）、ＨＣ、ＣＯも酸化触媒装置７で処理される。高負荷走行か低負荷走行かの判断は、車速及びアクセル開度の検出等により行うことができる。
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、軽油割込により水比率を下げる。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の発生総量はそれ程多くはならない。しかも、最低でも軽油９５に対し水が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、酸化触媒装置７の負担は小さくなる。

エンジン始動時及びエンジン・アイドリング状態にある時は、軽油：水がほぼ９５：５等の範囲となるように軽油の比率を多くする。これにより、エンジンの始動性を良くすると共に安定してアイドリング運転させることができる。この場合、水比率が少なくなる結果ＰＭの発生が低減する。また、アイドリング時等、比較的軽負荷のときは軽油の割合が多くても（水比率小）ＮＯｘの発生は少ないのに対し、水比率大ではＰＭ、ＨＣ、ＣＯが多く発生する。このため、エンジン始動時或いはアイドリング時等の軽負荷時に軽油比率を大とする制御は有効である。
エンジン停止のためキーオフにしたときには、軽油ポンプ２７、水ポンプ３１、乳化剤ポンプ３５、ミキシング・ポンプ５０、及びプリミクス・ポンプ５７を停止させ、割込ポンプ７５のみ駆動を継続させ、軽油１００％の燃料を噴射ノズル６９から噴射させることもできる。この軽油噴射の後にエンジンの回転を停止させることにより、停止後、水やエマルション燃料が噴射ノズル６９や噴射ポンプ６７等に残らないので、これら燃料噴射系の錆びを抑制することができる。
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。
図３の排気浄化システム１Ａでも、同様に軽油割込により同様の機能させることができる。但し、排気浄化システム１Ａでは、割込ポンプ７５を駆動させることにより軽油タンク９から割込配管７３Ａを通りフィード・ポンプ５９及び噴射ポンプ６７間に軽油を圧送し、ディーゼル・エンジン３に供給するエマルション燃料に軽油割込を行わせることができる。この割込を行う軽油量は、コントロール・ユニット３７による割込ポンプ７５の駆動制御により行わせることができる。
［戻り軽油に対する水調整］
図２，図３の排気浄化システム１，１Ａにおいて軽油割込を行わせると、戻り配管７１からエマルション・タンク１５の第１槽４３へ戻るリターン燃料の軽油比率が高くなる。
このため、コントロール・ユニット３７による軽油ポンプ２７及び水ポンプ３１の制御により軽油及び水の供給割合を調整し、エマルション・タンク１５の第１槽４３内の軽油：水の比率を７：３或いは８：２等として一定に保持させることができる。
この制御は、割込ポンプ７５及び電磁弁７７の制御（排気浄化システム１）或いは割込ポンプ７５の制御（排気浄化システム１Ａ）により知ることのできる割込軽油の量、エンジン・コントロール・ユニット６８による噴射ポンプ６７の制御により知ることのできる燃料噴射量に基づきリターン燃料の軽油比率を求めることにより行うことができる。
［凍結防止］
冬季等低温時に水配管１９の凍結を招く恐れがある。この凍結対策としてエンジン停止のためキー・スイッチをＯＦＦにしたとき等、コントロール・ユニット３７により電磁弁（２方弁）３３を制御して開状態へ切り替える。
この切り替えにより、電磁弁３３より下側では水配管１９内の水が重力により水タンク１１内へ戻る。この状態で水ポンプ３１が駆動継続されることで電磁弁３３側から空気が吸い込まれ、水ポンプ３１及びエマルション・タンク１５間で水配管１９内の水をエマルション・タンク１５内へ排出させることができる。
このような水配管１９からの水抜きにより水が残らないようにし、水配管１９での凍結を抑制することができ、エンジン再始動を円滑に行わせることができる。
なお、水タンク１１は、断熱材で覆うのが良い。但し、水タンク１１を断熱材で覆わない場合でも、水タンク１１内の水容量は多いため、水配管１９内よりは凍結し難い。
エンジン停止時に水配管１９からエマルション・タンク１５側への水抜きをすると、エマルション・タンク１５内の軽油：水の比率が変わり、エマルション・タンク１５側への水抜き分だけ水が多くなる。この水抜き量に応じて同時に軽油ポンプ２７の駆動も継続させ、エマルション・タンク１５内に同量の軽油を供給する制御を行わせることもできる。
エンジン停止時に、エマルション・タンク１５側への水抜き量に応じて軽油を供給する制御を行った場合、エンジン始動時には、水ポンプ３１の駆動による水がエマルション・タンク１５に到達すると同時、或いは到達直前に軽油ポンプ２７を駆動させる制御を行うのがよい。水ポンプ３１駆動による水がエマルション・タンク１５に到達すると同時、或いは到達直前であることは、水配管１９に流量センサを設けて知ることができる。
エンジン停止時に、エマルション・タンク１５側への水抜き量に応じて軽油を供給する制御を行わない場合でも、始動時にエマルション・タンク１５側への水抜き量に応じた量の軽油をエマルション・タンク１５へ先に供給するように軽油ポンプ２７を駆動させる制御を行わせることができる。

［実施例の効果］
本発明の実施例は、所定の割合で供給された軽油、水、乳化剤からエマルション燃料を作り出しディーゼル・エンジン３に供給するためのエマルション燃料供給装置５において、前記エマルション燃料を溜め置くと共に必要量を前記ディーゼル・エンジン３に供給可能とするエマルション・タンク１５を備え、前記エマルション・タンク１５は、前記軽油、水、乳化剤の供給を受ける第１槽４３及び第１槽４３の軽油、水、乳化剤の混合液を導いて作り出したエマルション燃料を前記ディーゼル・エンジン３に供給するために溜め置き可能にすると共に一定量以上を第１槽４３へオーバー・フローさせる第２槽４５からなるため、第２槽４５に供給された軽油、水、乳化剤を導き、作り出されたエマルション燃料を第２槽４５に溜め置くことができ、この第２槽４５から必要量をディーゼル・エンジン３に供給することができる。

従って、可変流量制御弁の制御が不要となり、且つ故障により第１槽４３への軽油、水、乳化剤の供給が停止しても、第２槽４５にエマルション燃料が溜め置かれているので、エマルション燃料の供給を所定時間継続させることができる。
また、第１槽４３に既に供給されている軽油、水、乳化剤を導き、作り出されたエマルション燃料を第２槽４５に送ることもできるので、エマルション・タンク１５全体の容量を有効に利用してエマルション燃料の供給を継続させることができる。
第１槽４３から第２槽４５へ前記混合液を圧送するミキシング・ポンプ５０と、前記ミキシング・ポンプ５０により圧送される混合液を通過させることでエマルション燃料を作り出し第２槽４５側へ送り出すミキサー５３とを設けたため、簡単な構造でエマルション燃料を作りだし、且つ第２槽４５へ確実に溜め置くことができる。

ミキサー５３は、前記第１槽４３及び第２槽４５を連通接続するミキシング配管４９の管路内にミキサー・エレメント８７を配置したものであり、前記ミキサー・エレメント８７は、細い金属線からなる圧縮塊であるため、簡単な構造でエマルション燃料を確実に作りだすことができる。

第１槽４３内の混合液を汲み上げ且つ第１槽４３内の液面上に落下リターンさせて第１槽４３内の液の混合を促進させるプリミクス配管５５及びプリミクス・ポンプ５７を設けたため、第１層４３内の軽油、水、乳化剤を確実に混合させることができる。

第１槽４３内の液面の上限を検出する上限レベル・センサ４７及び同下限を検出する下限レベル・センサ４８を設け、前記上限レベル・センサ４７が検出する液面の上限は、前記第２槽４５の液面のオーバー・フロー限界より低いため、第１槽４３内に軽油、水、乳化剤を所定量保持させ、且つ第２槽４５から第１槽４３へのオーバー・フローを確実に行わせ、第２槽４５にエマルション燃料を確実に溜め置きながら、乳化を確実に促進させることができる。
［その他］
エマルション・タンク１５への軽油、水の割合は、負荷に応じてコントロール・ユニット３７により軽油ポンプ２７、水ポンプ３１を制御することにより調整する構成とすることもできる。

また、エマルション燃料は、本実施例のようにあらかじめ所定割合のエマルション燃料を作って貯めておくのではなく、軽油、水、乳化材を、その都度、運転条件等に応じてそれらの量を調整しながらミキサーに入れて作り出し、ディーゼル・エンジン３に供給するようにしてもよい。

乳化剤は、複数混合して目的の軽油（Ａ重油）のＨＬＢに合わせて用いることもできる。
乳化剤の比率は、乳化剤の種類により異なり、乳化剤原液が全体の１％を下回る場合にも効果を奏するものがある。

ミキサー・エレメント８７は、乳化が促進できて流量が確保できれば良いものであり、線径、直径、長さは、上記に限らず、種々変更することができる。例えば、金属細線の線径は、０．０８ｍｍよりも細くすることは可能であり、圧縮密度も、上記に限らず、例えば線径０．０８ｍｍ、長さ１０ｍｍ、直径６ｍｍの大きさで０．３ｇ〜０．７ｇ程度となる範囲を選択することもできる。また、ミキサー・エレメント８７の直径が大きくなれば圧縮密度をさらに高めても流量は確保することは可能である。圧縮密度が上記の場合でも、必要流量に合わせてミキサー・エレメント８７の直径を大きくすることができる。ミキサー・エレメント８７の長さも、さらに長くすることでミキシング効果を高めることもできる。

軽油割込は、割込ポンプ７５の吐出量調整のみにより行わせ、電磁弁７７を開度調整をしない開閉弁として構成することもできる。

ディーゼル・エンジンの排気浄化システム１を搭載した車両の骨格を示す平面図である（実施例１）。 ディーゼル・エンジンの排気浄化システムを示す構成図である（実施例１）。 割込配管の接続位置を変更したディーゼル・エンジンの排気浄化システムを示す構成図である（実施例１）。 単体のミキサー・エレメントを備えた例を示すミキサーの概略断面図である（実施例１）。 複数のミキサー・エレメントが空隙を挟んで連設された例を示すミキサーの概略断面図である（実施例１）。 複数のミキサー・エレメントがネット・スペーサを挟んで連設された例を示すミキサーの概略断面図である（実施例１）。

符号の説明

１，１Ａ 排気浄化システム
３ ディーゼル・エンジン
５ エマルション燃料供給装置
１５ エマルション槽（エマルション・タンク）
４３ 第１槽（混合槽）
４５ 第２槽（溜置槽）
４７ 上限レベル・センサ
４８ 下限レベル・センサ
５０ ミキシング・ポンプ
５３ ミキサー
８７ ミキサー・エレメント
８９ リング・スペーサ
９１ 空隙
９３ ネット・スペーサ

Claims (8)

1. 所定の割合で供給された燃料、水、乳化剤からエマルション燃料を作り出しディーゼル・エンジンに供給するためのエマルション燃料供給装置において、
   前記エマルション燃料を溜め置くと共に必要量を前記ディーゼル・エンジンに供給可能とするエマルション槽を備え、
   前記エマルション槽は、前記燃料、水、乳化剤の供給を受ける混合槽及び該混合槽の燃料、水、乳化剤の混合液を導いて作り出したエマルション燃料を前記ディーゼル・エンジンに供給するために溜め置き可能にすると共に一定量以上を前記混合槽側へオーバー・フローさせる溜置槽からなり、
   前記混合槽内の液面の上限を検出する上限レベル・センサ及び同下限を検出する下限レベル・センサを設け、
   前記上限レベル・センサが検出する液面の上限は、前記溜置槽の液面のオーバー・フロー限界より低い、
   ことを特徴とするエマルション燃料供給装置。
2. 請求項１記載のエマルション燃料供給装置であって、
   前記混合槽から前記溜置槽へ前記混合液を圧送するミキシング・ポンプと、
   前記ミキシング・ポンプにより圧送される混合液を通過させることでエマルション燃料を作り出し前記溜置槽側へ送り出すミキサーと、
   を設けたことを特徴とするエマルション燃料供給装置。
3. 請求項２記載のエマルション燃料供給装置であって、
   前記ミキサーは、前記混合槽及び溜置槽を連通接続する管路内にミキサー・エレメントを配置したものであり、
   前記ミキサー・エレメントは、前記混合液を通過させる際に撹拌することでエマルション燃料を作り出す金属細線を変形圧縮した塊からなる、
   ことを特徴とするエマルション燃料供給装置。
4. 請求項３記載のエマルション燃料供給装置であって、
   前記ミキサー・エレメントは、前記管路内に互いに所定距離離した状態で複数連設配置した、
   ことを特徴とするエマルション燃料供給装置。
5. 請求項４記載のエマルション燃料供給装置であって、
   前記ミキサー・エレメントは、少なくとも２個間で圧縮密度が異なっている、
   ことを特徴とするエマルション燃料供給装置。
6. 請求項４又は５記載のエマルション燃料供給装置であって、
   前記ミキサー・エレメント間にリング・スペーサを介設し前記隣接するミキサー・エレメント間に空隙を形成した、
   ことを特徴とするエマルション燃料供給装置。
7. 請求項４又は５記載のエマルション燃料供給装置であって、
   前記ミキサー・エレメント間に、該ミキサー・エレメントよりも圧縮密度が小さいネット・スペーサを介設した、
   ことを特徴とするエマルション燃料供給装置。
8. 請求項１〜７の何れかに記載のエマルション燃料供給装置であって、
   前記混合槽内の混合液を汲み上げ且つ該混合槽内の液面上に落下リターンさせて該混合槽内の液の混合を促進させるプリミクス配管及びプリミクス・ポンプを設けた、
   ことを特徴とするエマルション燃料供給装置。

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