JPH04175446A - 水噴射ディーゼルエンジンにおける燃料及び水の噴射方法並びに噴射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔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。

〔従来の技術〕

ディーゼルエンジンの排ガス中の窒素酸化物（Ｎｏ、）
を低減し、かつ、エンジンの排気黒煙や燃料消費率の低
減をも同時に達成する手段としては、第１０〜１２図に
示す従来形の燃料および水を同一の燃料噴射弁から噴射
できるようにしたディーゼルエンジンが有効である。

図において、１は燃料タンク、２は燃料給油ポンプ、３
は燃料噴射ポンプ本体、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・水噴
射弁で、９は同本体、１０は噴孔、１１は針弁、１２は
油溜部、１４は針弁１１の付勢ばねである。

一方、１９は水タンク、１８は水供給ポンプ、１７は水
供給管、１６は水供給制御弁、１５は水供給管、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。ま
た、２ｏは水の供給量およ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およびその他
のエンジン作動条件を入力して、制御弁１６に開閉信号
を回線２３を介して出力する。

燃料、水噴射弁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および燃料・水噴射弁油溜部１
２とを連通させている。また水供給の逆止弁１３は、同
じく燃料・水噴射弁４０の本体に穿孔された水通路３０
を介して上部燃料通路２２の途中の合流部３１に接続さ
れている。

次に前記実施例の作用について説明する。

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、供給管１７を通り制御弁１６へ送られ、燃料噴射
ポンプ３のプランジャが燃料を圧送を行なっていない休
止期間中に、前記制御弁１６はコントローラ装置を介し
て所定の期間開弁状態に保持され、所定量の水を供給管
１５を介して燃料・水噴射弁４０に送り込む。このとき
、前記のとおり燃料噴射ポンプ３の逆止調整弁７の開弁
圧力ＰＲおよび水供給の逆止弁１３の開弁圧をＰｐとす
る時、針弁１１の開弁圧Ｐ、に対してＰｏ＞１”＋　、
Ｐａ＞Ｐｐ となっているので、供給された水は逆止弁１３をへて水
通路３０および合流部３１を通り燃料通路２２内へ流入
する。

燃料通路２２内の合流部３１より上流側すなわち燃料噴
射ポンプ３側にある燃料は、供給水圧により燃料噴射ポ
ンプ３の方向に噴射管８を通って押しもどされ、逆止調
整弁７を押し開いてプランジャ室へ逆流する。

その結果第１１１１！！Ｉに示すように燃料・水噴射弁
４０内には、油溜部１０の容積ｖ２および合流部３１か
ら油溜部１０までの燃料通路２２の容積Ｖｌの和である
Ｖ　＋　十Ｖ　ｔの容積には燃料で満たされ、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のプランジ中４が上昇して燃料
の圧縮が開始されると、噴射管８、燃料通路２２および
油溜部１２内の圧力が上昇し、針弁１１の開弁圧Ｐ。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内の水は水タンク１９側へは押し
戻されることはない。

針弁１１が開弁圧Ｐ、に達すると、第１２図の燃料・水
噴射弁４０の噴孔工０からは、まず油溜部１２および燃
料通路２２内の合流部までの容積に満されていたＶ、＋
Ｖ、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。

１回の噴射で噴射される燃料の量をＱ、とすると、最初
に噴射される燃料の量Ｑ　Ｆ　Ｐは前述のようにＱ　Ｆ
　Ｐ　＝　Ｖ　Ｉ十Ｖ　ｘとなり続いてＱｗの水の全量
が噴射され、最後に残りの燃料Ｑ　ｖ　ｓとするとＱ　
、、＝　Ｑ　、−Ｑ　、、が噴射される。

その結果Ｑ　Ｐ　ｐの燃料によりディーゼルの燃料行程
初期の着火が確実に行われ、引続きＱｗの水により噴霧
内への空気の導入が増大され燃料速度が増大および黒煙
発生の低減が行われると同時に水の火炎域への導入によ
りＮＯ，の低減が得られる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上記従来の技術において、排気中のＮＯ，の
低減効果は水の噴射量Ｑｗにほぼ比例して得られるが、
燃料量Ｑ「に対してＱｗをあまり増大させすぎると、初
期のＱ　ＰＰと後期のＱ　ＦＳの各燃料噴射の時間間隔
が開きすぎることにより、燃焼不良を来たし、エンジン
の安定した作動が得られなくなる。このため、さらにＮ
０８を低減するためには、燃焼不足を伴なうことなく、
水噴射量Ｑｗを増大できる手段が必要となる。

本発明の目的は前記従来装置の問題点を解消し、注水時
水と燃料が多層状に噴射されることにより、水の注水量
を大幅に増大させても、従来のもののように燃焼の不安
定を起すことのない水噴射ディーゼルエンジンを提供す
るにある。

〔課題を解決するための手段〕

燃料および水を同一燃料噴射弁から噴射されるように電
磁弁および逆止弁を介して燃料噴射弁の燃料油路２２中
に水を注入する水注水路および燃料油路との合流部３１
を設けた水噴射ディーゼルエンジンにおいて、第１発明
では水の注入期間中に注入制御用の電磁制御弁部から水
および燃料が交互に流入されるように、加圧された水お
よび燃料がそれぞれ独立に供給される水および燃料の供
給装置および燃料及び水の切換弁装置を有してなること
を特徴としており、又これに対して第２発明では第１発
明の注水時に注入される燃料と水の多層状の液体をつく
るメカニズムが異なるものである。即ち制御弁および逆
止弁を介して燃料噴射弁の燃料油路中に水を注入する水
注入路および燃料油路との合流部３１の他に、これと独
立した制御弁１１６および逆止弁１１３を介して燃料噴
射弁の燃料油路中の上記水注入の合流部よりも燃料噴射
弁の針弁側に燃料を注入する燃料注入路１３０および燃
料油路との合流部１３１を有し燃料噴射ポンプによる噴
射終了後から次の噴射までの休止期間中に、水注入の電
磁弁および燃料注入の制御弁を交互にコントロール装置
２０を介して開閉制御することにより燃料を水が多層状
に噴射されるように構成されている。

〔作用〕

燃料噴射ポンプの休止期間中に注入制御用の制御弁１６
が開（と、第１発明では加圧された水および燃料が、そ
れぞれ水および燃料の供給装置と、水および燃料の切換
弁装置２０１により交互に電磁制御弁１６を通って注入
路に流入する。

その結果、注入路中には水−燃料一水一燃料〜と多層状
の液柱が形成されることとなる。この木部よび燃料の多
層状の液柱は注入制御用の電流制御弁１６が開いている
間に燃料弁に設けられた合流部３１を通って流入し、燃
料油路中の合流部より上流側すなわち燃料噴射ポンプ側
の燃料を、燃料噴射ポンプに設けられた逆止調整弁７を
押しあけて燃料噴射ポンプ側へ押し戻しつつ、燃料油路
中に充填される。このとき注入路中に形成された水−燃
料の交互の多層状の液柱は、そのまま多層状の構造を保
ったまま充填されるので、燃料油路２２中でも同様の水
−燃料の多層状の液柱が保存される。燃料噴射ポンプが
作動すると、この液柱はその多層状構造を保ったまま燃
料弁の針弁をへて噴孔から噴射される。

これにより従来のものに比べて水性水量Ｑｗを大幅に増
大させても、注水時に水と燃料よりなる多層状の水が噴
射されるため燃焼の不安定化を避けることができる。

従ってエンジンの作動不安定を招くことなく、水噴射量
の増大が実現でき、水噴射量の増大に対応した大幅な排
ガス中のＮ　Ｏｘの低減効果が得られる。

次に第２発明の特徴である注水時に注入される水−燃料
よりなる多層状の液体をつくる装置の作用について説明
すると、燃料噴射ポンプが休止中にコントローラ装置２
０を介して制御弁１６が開弁されると、水ポンプ１９よ
り水ポンプ１８と制御弁１６をへて水が注水路１５に注
入され、燃料油路の水注入合流部３１から水が流入し、
燃料油路中の合流部３１より上流側の燃料を燃料ポンプ
に設けられた逆止調圧弁７を押しあけ、燃料噴射ポンプ
側へ押し出しつつ燃料油路２２中に充填される。次に水
注入の制御弁１６を閉とし、さらに燃料注入の制御弁１
１６を開とすると、水注入の合流部３１より下流すなわ
ち噴射弁針弁側に設けられた燃料注入の合流部１３１か
ら燃料が流入し、燃料油路中に先に注入された水および
燃料を同時に燃料ポンプ側に押しやりつつ燃料油路２２
中に燃料が充填される。続いて燃料注入制御弁１１７を
閉および水注入制御弁１７を開とし上記と同じことを複
数回繰り返す。その結果、第１燃料油路中には燃料−水
一燃料一水〜の交互の多層状の液柱が形成され、以下第
１発明と同様の作用効果が得られる。

〔実施例〕

以下第１〜９図を参照し本発明の一実施例について説明
する。

第１〜６図は第１実施例に係わるものであり、第１図は
水噴射装置の構成図、第２図は切換弁の縦断面図、第３
図は第２図の■−■断面図、第４図は切換弁の変形例、
第５〜６図は作用説明図、である。

１〜３１は従来例のもの（第１０図）と同一である。

１１８は燃料加圧ポンプで、燃料タンク１からの燃料を
吸入し、加圧して燃料供給管１１７をへて切換弁装置２
０１に導く。一方、水供給ポンプ１８にて加圧された水
は、水供給管１７をへて同じ（切換弁装置２０１に導か
れる。また、燃料供給管１１７および水供給管１７と切
換弁装置２０１との間には燃料タンク１及び水タンク１
９から切換弁装置２０１方向への流れのみを許容する逆
止弁２０３および２０４がそれぞれ配設されている。２
０２は切換弁２０１を駆動する駆動装置でエンジンの回
転数と同期した駆動装置あるいは、一定回転の電動機で
もよい。

第２図および第３図は切換弁２９を示し２１１および２
１２はそれぞれ水又は燃料の供給ポートで２０１は回転
弁である。該回転弁には水開口溝２１４および燃料開口
溝２１５が設けられ、水および燃料が交互に供給管２１
３に送り込まれるようになっている。

第４図はコントロール装置２０と電磁制御弁１６．１１
６とを組み合わせた切換弁装置の第２変形例である。１
６は水制御弁、１１６は燃料の制御弁でコントロール装
置２０により燃料噴射ポンプ３が休止期間中に交互に所
定期間開閉制御される。

次に前記第１実施例の作用について説明する。

第２図、第３図の切換弁装置を使用している場合は、燃
料ポンプの休止期間中に制御電磁弁１６が開くと加圧さ
れた水および燃料がそれぞれ供給管１７および１１７を
へて注入管１５に流入するが、切換弁２０１の作用で水
と燃料が制御ボート２１１および２１２よりそれぞれの
開期間に対応して交互に流入する。

第４図の切換弁装置の変形例のときは、燃料噴射ポンプ
３の休止期間中に水および燃料の制御弁１６および１１
６がコントロール装置２０により交互に開閉制御され、
第１実施例の場合と同様に注入管１５内に水および燃料
がそれぞれ開期間に対応して交互に流入する。その結果
、注入管１５内には水および燃料が交互に多層状となっ
た液柱が形成される。

この多層状の液柱が注入期間中に順次燃料噴射弁本体９
に設けられた注入路２１、逆止弁１３および合流部３１
を通って多層構造を保ったまま燃料油路２２内に流入し
、該燃料油中の合流部３１より上流側すなわち燃料噴射
ポンプ３側の燃料は、燃料噴射ポンプ３に設けられた逆
止調圧弁７を押し開いて戻され燃料油路２２中に多層状
液柱が充填される。このとき注入路２１中に形成された
水−燃料の交互多層状の液柱は、該多層状構造を保った
まま充填されるので、燃料油路２２中には第５図に示す
ような燃料（白部分）−水（黒部分）−燃料−水〜のよ
うな交互に多層状の液状が形成される。

次に燃料噴射ポンプ３が作動して噴射を始めると、第６
図に示すように針弁１１の開弁により油溜部１２の燃料
が、次いで燃料油路２２中の水および燃料が交互に多層
状に噴射され最後に燃料のみが噴射され、これを繰返す
。このため、排ガス中にＮＯ，を減少させるのに必要な
水の注入量を増加させても、エンジンの回転が不安定と
なるおそれはない。

第７〜９図は第２実施例の構造図で、第７図は水噴射装
置の構造図、第８〜９図は作用説明図である。

図において１〜３１は従来例のもの（第１０〜１２図）
のものと変らないので説明を省略する。

１１８は燃料加圧ポンプで、燃料タンク１から燃料供給
路１１７をへて制御弁１１６に導かれる。

１１５は燃料供給管、１１３は燃料供給逆止弁で燃料制
御弁１１６側への逆流を制御するようになっている。

即ち燃料、水の噴射弁４０の本体９には水供給逆止弁１
３、水通路３０水注入合流部３１とは別に独立して燃料
注入道４止弁１１３、燃料注入路１３０をよりなる油路
が設けられ、燃料油路２２と合流する燃料注入合流部１
３１が設けられている。燃料注入合流部１３１は水注入
合流部３１よりも燃料弁針弁１１の油溜り部１２側に設
けられている。第７図の第２実施例は油溜り部１２に合
流部１３１が設けられている例である。燃料注入の制御
弁１１６は、燃料の注入時期および注入量をコントロー
ル装置２０によって制御されており、かつ水注入の制御
弁１６および燃料注入の制御弁１１６は共に燃料噴射ポ
ンプの休止期間中に交互に所定の期間開閉制御される。

次に前記第２実施例の作用について説明する。

燃料噴射ポンプ３の休止期間中に先づ水の制御弁１６が
コントロール装置２０を介して開かれると、従来例と同
様に注水が制御弁１６をへて逆止弁１３、水通路３０を
へて水注入合流部３１から燃料油路２２へ流入し、燃料
油路２２中の合流部３１より上流側即ち燃料噴射ポンプ
側の燃料を、逆止調圧弁７を押し開き燃料噴射ポンプ３
側へ押しもどして、燃料油路２２中に充填される。次に
コントロール装置２０を介して水注入の制御弁１６が閉
じられ燃料注入の制御弁１１６が開かれる。これによっ
て水注入の合流部３１よりも下流側すなわち針弁１１の
油溜り１２側に設けられた燃料注入の合流部１３１より
も上流の燃料が、水注入の場合と全く同様の作用により
流入し、燃料油路２２中の先に注入された水および燃料
を燃料噴射ポンプ３側へ押しもどしつつ燃料油路２２中
に燃料が充填される。その結果、燃料油路２２中の水は
、水注入の合流部３１よりも上流側へ押しもどされ、そ
の水と水注入合流部１３１の間には燃料が充填されるこ
とになる。続いてコントロール装置を介して燃料注入制
御弁１１６を閉とし、水注入制御弁１６を開となし、上
記と同じことを複数回繰り返す。この時の制御弁１６．
１１６の作動状況を第９図に示す。この結果、燃料油路
２２中には第８図に示すように燃料（白部分）−水（黒
部分）−燃料一水〜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１
１の開弁により油溜り部１２及び燃料油路２２中の水お
よび燃料が噴射されるが、このとき第６図に示すように
燃料及び水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Ｎ　Ｏｘを減らすため噴霧内への注水量を多
くした場合も、エンジンの燃焼が不安定化するおそれは
な　　　″い。

〔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　。

大幅に増大させても、中間に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。

その結果、エンジンの燃焼不良を招くことな（、水噴射
量の増大が可娃となり、該水噴射量の増大に対応して大
幅な排ガス中のＮＯｘの低減効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１〜６図は第１実施例に係わるもので、第１図は水噴
射装置の構成図、第２図は水、燃料の切換弁の縦断面図
、第３図は第２図の■−■断面図、第４図は同切換弁の
変形例、第５〜６図は実施例の作用説明図、第７〜９図
は第２実施例に係わるもので、第７図は水噴射装置の構
成図、第８〜９図は実施例の作用説明図、第１０〜１２
図は従来例で第１０図は第１図応当図、第１１図は第６
図応当図、第１ｉ図は作用説明図である。 ４０・・・燃料・水噴射弁、１３．１１３・・・逆止弁
、１６．１１６・・・制御弁、３１．１３１・・・合流
部、２１・・・流入路、２２・・・燃料油路、１７・・
・水供給管、１１７・・・燃料供給管、２０１・・・切
換弁装置。 代理人　弁理士　長　屋　二　部 第２図 第３因 第４図 水 時間 第６図 第５図 噴射　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
噴創開

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）１個の燃料噴射弁で燃料と水をシリンダ内に噴射
   可能に構成した水噴射ディーゼルエンジンにおいて、燃
   料通路または水通路を開閉制御して燃料と水を交互に噴
   射せしめる切換弁装置を有してなる水噴射ディーゼルエ
   ンジン。
2. （２）１個の燃料噴射弁で燃料と水をシリンダ内に噴射
   可能に構成した水噴射ディーゼルエンジンにおいて、前
   記燃料弁には燃料噴射ポンプから燃料通路をへて送給さ
   れる燃料と水タンクから制御弁で開閉される逆止弁（１
   ３）付の水注水路をへて送給される水とが合流する合流
   部（３１）と、燃料タンクと前記水注入路（１７）とを
   接続する第２の燃料通路（１１７）と、前記水注水路（
   １７）と第２の燃料通路（１１７）との合流点に設けら
   れ燃料噴射弁に水注水路をへて燃料と水を交互に送水す
   る切換弁（２０１）とを有してなる水噴射ディーゼルエ
   ンジン。
3. （３）１個の燃料噴射弁で燃料と水をシリンダ内に噴射
   可能に構成した水噴射ディーゼルエンジンにおいて、水
   タンクと燃料噴射弁内の水通路を接続する水供給路（１
   ５）と、燃料ポンプと燃料噴射弁内の第１の燃料通路と
   を接続する第１の燃料供給路（８）と、燃料タンクと燃
   料噴射弁内の第２の燃料通路（１３０）とを接続する第
   ２の燃料供給路（１１５）と、水供給路（１５）と第２
   の燃料供給路（１１５）を夫々開閉する制御弁（１６）
   、（１１６）と、燃料噴射弁内に前記第１の燃料通路（
   ２２）と逆止弁（１３）付の水通路（３０）との第１の
   合流部（３１）及び第１の燃料通路と、逆止弁（１１３
   ）付の第２の燃料通路との第２の合流部（１３１）とを
   有してなり、第２の合流部は第１の合流部より噴口（１
   ０）側に配設されたことを特徴とする水噴射ディーゼル
   エンジン。