| 【発明の名称】 |
付加液体供給装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】鶴 信幸
【氏名】霜浦 賢一
【氏名】坂井 宏彰
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| 【要約】 |
【課題】付加液体の容量の急激な変更に容易に追従できる付加液体供給装置を提供する。
【解決手段】ピストン１２の退避位置を検出する位置検出器１８と、この位置検出器１８の検知信号が入力される制御部２とを設け、この制御部２は前記検知信号と退避位置設定とを比較器５１で比較し、演算器５２を経て制御弁１３に指令を送出し、ピストン１２を所望の退避位置に停止させるようになっており、これにより、圧力室１４に供給される付加液体の容積が適宜変更される。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 付加液体を圧送する付加液体源に逆止弁を介して接続される圧力室と、この圧力室に供給された付加液体を加圧して排出するピストンと、前記ピストンを駆動する油圧が油圧源から供給される油圧室と、前記油圧の前記油圧室への給排を制御する制御弁と、を備えた付加液体供給装置において、前記ピストンの退避位置を検出する位置検出器と、この位置検出器の検知信号が入力される制御部とを設け、この制御部は前記検知信号と退避位置設定とを比較し前記制御弁に指令を送出して、ピストンを所望の退避位置に停止させ、前記圧力室に供給される付加液体の容積を変更することを特徴とする付加液体供給装置。
【請求項２】 前記制御弁が比例電磁弁であることを特徴とする請求項１に記載の付加液体供給装置。
【請求項３】 前記制御弁がオンオフ電磁弁であることを特徴とする請求項１に記載の付加液体供給装置。
【請求項４】 前記油圧室は前記圧力室よりも大径に形成され、前記ピストンは前記油圧室に嵌合する大径部と前記圧力室に嵌合する小径部とを有し、前記油圧室と前記圧力室との間に前記ピストンにより第２油圧室を区画し、前記第２油圧室に前記制御弁を介して油圧源を接続し、前記ピストンの退避位置への移動は、前記圧力室に供給される付加液体の圧力と、前記第２油圧室に供給される油圧により行われることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の付加液体供給装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ディーゼルエンジンなどにおいて、燃料噴射ノズルへ主燃料と共に付加液体を供給する付加液体供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年においては、発電機などに使用されるディーゼルエンジンとして、その排気ガス中の有害成分である窒素酸化物（以下、ＮＯｘという）を低減することを主な目的として、主燃料と付加液体とを当該エンジンの燃料室に噴射供給することが行われている。この場合、ＮＯｘの低減を目的とする際の付加液体として、水が一般的に使用される。
【０００３】ＮＯｘの低減を目的とする付加液体供給装置は、燃料噴射ポンプから多気筒のディーゼルエンジンのシリンダ内の燃料室に設けた噴射ノズルに至る主燃料供給経路の途中に接続された付加液体供給経路の途中に設けられ、例えば特開平８−２８３８６号公報に開示されるものが知られている。
【０００４】この付加液体供給装置は、付加液体を圧送する付加液体源に逆止弁を介して接続される容量可変の圧力室と、この圧力室に供給された付加液体を加圧して排出するピストンと、前記ピストンを駆動する油圧が油圧源から供給される油圧室と、前記油圧の前記油圧室への給排を制御する制御弁とを備えてなる構成を有している。
【０００５】容量可変の前記圧力室は、前記圧力室内に前記ピトスンの駆動方向に移動可能に設けられ、前記ピストンの駆動方向の端面に対抗して前記ピストンを位置決めするピストン当たり面を形成した規制体を備えてなり、前記規制体を任意に移動することにより前記ピストンの駆動範囲を変更できるように構成されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記規制体を移動させて圧力室の容量を変更する付加液体供給装置では、規制体の移動のための機構が複雑になるという問題点があった。上記特開平８−２８３８６号公報に開示の付加液体供給装置では、規制体を燃料ラックの回転と同期させて移動させるため、燃料ラックの回転を傘歯車機構を介してねじ棒に伝達し、ねじ棒の回転によって規制体がピストンの駆動方向の前後に移動可能となっている。そのため、傘歯車機構等の複雑な動力伝達機構が必要になる。
【０００７】そこで、ステッピングモータなどを使って、規制体を独立して移動させることも考えられるが、モータ駆動の遅れなどにより主燃料の容量の変更に伴う付加液体の容量の急激な変更に追従することが困難であるという問題点が現れる。
【０００８】本発明は、上記従来例の問題点を解決するためになされたものであり、付加液体の容量の急激な変更に容易に追従できる付加液体供給装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する請求項１記載の発明は、付加液体を圧送する付加液体源に逆止弁を介して接続される圧力室と、この圧力室に供給された付加液体を加圧して排出するピストンと、前記ピストンを駆動する油圧が油圧源から供給される油圧室と、前記油圧の前記油圧室への給排を制御する制御弁と、を備えた付加液体供給装置において、前記ピストンの退避位置を検出する位置検出器と、この位置検出器の検知信号が入力される制御部とを設け、この制御部は前記検知信号と退避位置設定とを比較し前記制御弁に指令を送出して、ピストンを所望の退避位置に停止させ、前記圧力室に供給される付加液体の容積を変更するものである。この構成によると、付加液体の容量を変更する場合、退避位置設定が変更され、ピストンの退避位置を検出する位置検出器の検知信号と前記退避位置設定とを比較することにより、退避位置設定に相当する退避位置になると、前記制御弁を例えば中立位置に切り換えてピストンを停止させ、変更された容量の付加液体が圧力室に供給される。そして、前記制御弁を切り換えて前記油圧室に油圧源からの油圧を供給すると、圧力室の所定容量の付加液体が付加液体供給経路を経て燃料噴射ポンプからの主燃料に合流される。
【００１０】また、請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記制御弁が比例電磁弁である。この構成によると、比例電磁弁がピストン戻りを制御するため、退避位置付近でピストンが徐々に減速し、退避位置でピストンを停止させるための制御が容易になる。
【００１１】また、請求項３に記載の発明は、請求項１において、前記制御弁がオンオフ電磁弁である。この構成によると、オンオフ電磁弁がピストンの戻りを制御するため、退避位置への復帰時間を短縮できる。
【００１２】請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかにおいて、前記油圧室は前記圧力室よりも大径に形成され、前記ピストンは前記油圧室に嵌合する大径部と前記圧力室に嵌合する小径部とを有し、前記油圧室と前記圧力室との間に前記ピストンにより第２油圧室を区画し、前記第２油圧室に前記制御弁を介して油圧源を接続し、前記ピストンの退避位置への移動は、前記圧力室に供給される付加液体の圧力と、前記第２油圧室に供給される油圧により行われるものである。この構成によると、圧力室の付加液体の圧力と第２油圧室の油圧とにより、ピストンを退避位置に移動させるので、ピストンの退避位置への移動時間を短縮できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の第１実施形態の付加液体供給装置の概略図である。
【００１４】図１において、１は水噴射ユニット、２は制御ユニット（制御部）、３は水圧源（付加液体源）、４は油圧源、５は燃料噴射ポンプ、６はディーゼルエンジンである。水噴射ユニット１からの付加液体供給経路７は、燃料噴射ポンプ５からディーゼルエンジン６に至る燃料供給経路８の途中のａ点で合流している。本実施形態例では、付加液体として水が使用される。
【００１５】付加液体供給装置１０は、水噴射ユニット１と制御ユニット２とか構成される。水噴射ユニット１は、シリンダ１１と、ピストン１２と、制御弁１３とから構成される。シリンダ１１は小径部２１と大径部２２とから形成され、ピストン１２も小径部２３と大径部２４とから形成される。シリンダ１１の小径部２１とピストン１２の小径部２３との間に小径の圧力室１４が形成され、シリンダ１１の大径部２２とピストン１２の大径部２４との間に大径の第１油圧室１５が形成され、シリンダ１１の大径部２２とピストン１２の小径部２３との間に第２油圧室１６が形成されている。
【００１６】ピストン１２の大径側からロッド１７がシリンダ１１の外に延在しており、このロッド１７に対して、位置検出器１８が配置されている。この位置検出器１８は、例えば、ロッド１７側の強磁性合金のテープ又はワイヤに一定波長の永久磁化パターンを記録し、この記録された磁化パターンの読み取りが可能な磁束検出形のセンサを設けてなり、ピストン１１の進退移動の絶対位置を検出できるリニアスケールである。図示例では、ピストン１２が最も退避した位置から進出方向に移動すると、それに応じて増加する信号を出力する。
【００１７】圧力室１４は、水圧源３に逆止弁２５を介して接続され、圧力室１４には、付加液体が逆止弁２５を経て供給される。また、圧力室１４は、付加液体供給経路７に逆止弁２６を介して接続され、圧力室１４から付加液体が逆止弁２５を経て排出される。水圧源３は、ポンプ３１と、リリーフ弁３２と、タンク３３とから構成され、所定圧力の水を加圧して圧力室１４に供給する。
【００１８】制御弁１３は、第１油圧室１５及び第２油圧室１６と、油圧源４の供給路４１と排出路４２との間に設けられた、３位置４ポートのオンオフ電磁弁である。この制御弁１３は、第１位置切り換え位置１３ａと、中立位置１３ｂと、第２切り換え位置１３ｃとを有し、第１位置切り換え位置１３ａに対応する第１ソレノイド１３ｄと、第２位置切り換え位置１３ｃに対応する第１ソレノイド１３ｅと、中立位置１３ｂに対応するバネ１３ｆ，１３ｆが設けられる構成である。後述する制御部２により、第１ソレノイド１３ｄが励磁されると、第１位置切り換え位置１３ａになり、第２ソレノイド１３ｅが励磁されると、第２位置切り換え位置１３ｃになり、各ソレノイド１３ｄ，１３ｅのいずれもが励磁されないと、中立位置１３ｂになる。また油圧源４は、ポンプ４３と、リリーフ弁４４と、タンク４５とから構成され、供給路４１から油圧を供給し、排出路４２を経て油圧を戻す。
【００１９】制御部２は、位置検出器１８からの検知信号と、位置指令とを比較する比較器５１と、制御弁１３に対する指令を送出する演算器５２と、前記指令を増幅する増幅器５３，５４とからなる。比較器５１にプラスの出力を送出する位置指令は、退避位置設定（１）と噴射指令信号（２）との２種類がある。退避位置設定（１）は、必要な付加液体の容量に応じて増減され、例えば、燃料噴射ポンプに送出される指令と連動する。噴射指令信号は、例えばピストン１２がエンドまで進出した位置に相当する信号である。演算器５２は、図示のように、比較器５１からの信号が正になると、増幅器５３を介して、制御弁１３の第２ソレノイド１３ｅを励磁させる出力Ａを送出し、比較器５１からの信号が負であると、増幅器５４を介して、制御弁１３の第１ソレノイド１３ｄを励磁させる出力Ｂを送出し、比較器５１からの信号がゼロであると、第１ソレノイド１３ｄ又は第２ソレノイド１３ｅのいずれにも出力しない。
【００２０】前述した付加液体供給装置１０の作動について説明する。ピストン１２は、圧力室１４の容積が０になるように進出しており、制御弁１３は中立位置１３ｂにあって、ピストン１２の位置が固定されている。この状態から、制御部２の比較器５１に退避位置信号が入力されると、比較器５１の出力がマイナスになり、演算器５２から符号Ｂで示されるマイナス側の階段状信号が増幅器５４を経て第１ソレノイド１３ｄに出力される。制御弁１３は第１切り換え位置１３ａに切り換わり、第２油圧室１６に油圧が供給され、ピストン１２は退避位置に向かって移動する。水圧源３からの付加液体は逆止弁２５を経て圧力室１４に供給される。ピストン１２の退避位置は位置検出器１８で検知されており、その検知出力が退避位置設定（１）と一致すると、演算器５２は第１ソレノイド１３ｄ及び第２ソレノイド１３ｅに対して出力せず、制御弁１３はバネ１３ｆ，１３ｆにより中立位置１３ｂに切り換わり、ピストン１２は停止する。
【００２１】つぎに、噴射タイミングに至ると、比較器５１に噴射指令信号が出力され、演算器５２から符号Ａで示されるプラス側の階段状信号が増幅器５３を経て第２ソレノイド１３ｅに出力される。制御弁１３は第２切り換え位置１３ｃに切り換わり、第１油圧室１５に油圧が供給され、ピストン１２は退避位置から進出方向に移動する。圧力室１４の付加液体は逆止弁２６を経て燃料供給経路８に供給される。
【００２２】以上の動作を繰り返すことによって、燃料噴射ポンプ５のサイクルと同期して主燃料に水などの付加液体の所定容量を供給できる。燃料噴射ポンプ５からの主燃料の容量に応じて付加液体の容量を変更する場合は、比較器５１に入力される退避位置設定を適宜変更すればよい。また、制御弁１３にオンオフ電磁弁を用いているため、進出位置から退避位置への復帰時間を出来るだけ短くすることができる。また、圧力室１４に付加液体を供給する場合、付加液体の圧力に加えて、第２油圧室１６の油圧が付加されるため、シリンダ１２の退避位置への移動は迅速に行われる。さらに、従来はピストンが衝突するときの衝撃に耐えうる強固な規制体が必要であったが、この規制体を省くことができる。またさらに、ピストン１２が圧力室１４側に始動する際に、従来のように規制体が受圧面積を減少させることなく、始動時の応答性を向上させることができる。なお、ピストン１２が圧力室１４側に移動する際に、圧力室１４に近づいたときに第２油圧室１６から流出する油を制限して、ピストン１２の速度を落すことにより、ピストン１２が圧力室１４の端面に衝突する衝撃を緩和してもよい。
【００２３】図２は、本発明の第２実施形態の付加液体供給装置の概略図である。図１の第１実施形態と異なる点は、制御弁１３１に、３位置４ポートの比例電磁弁が用いられた点と、演算器１５２は、比較器５１からの信号と比例した出力Ａ，Ｂを比例作動する第１ソレノイド１３１ｄ又は第２ソレノイド１３１ｅに出力するようになっている点である。その他の部分は、図１の第１実施形態と同じであるので、その詳細説明を省略する。
【００２４】水圧源３からの付加液体を圧力室１４に供給するとき、制御弁１３１の第１ソレノイド１３１ｄに励磁信号が出力され、その信号に応じた開度で第１切り換え位置１３１ａに切り換わる。ピストン１２が所定の退避位置に近づくと、第１ソレノイド１３１ｄに対する励磁信号が小さくなり、徐々に中立位置１３１ｂに切り換わる。そのため、退避位置付近でピストン１２が徐々に減速することになる。これにより、ピストン１２を退避位置で停止させるための制御を容易に行うことができる。
【００２５】図３は、本発明の第３実施形態の付加液体供給装置の概略図である。図２の第２の実施形態と異なる点は、比例電磁弁で構成される制御弁２３１と第１油圧室１５とが接続され、第２油圧室１６はドレンに接続された点である。その他の部分は、図２の第２実施形態と同じであるので、その詳細説明を省略する。
【００２６】水圧源３からの付加液体を圧力室１４に供給するとき、制御弁２３１の第１ソレノイド２３１ｄに励磁信号が出力されるものの、油圧源４からの油圧は遮断され、第１油圧室１５と油圧源４のタンク４５が連通する。そのため、水圧源３の付加液体の圧力により、シリンダ１２は退避位置に向かうことになる。退避位置付近では、図２の場合と同様に、ピストン１２が徐々に減速することになるため、ピストン１２を退避位置で停止させる制御を容易に行うことができる。また、第２油圧室１６をドレンに接続したから、圧力室１４に油が、第１油圧室１５に水が混入することを防止できる。
【００２７】なお、実施形態は上記に限定されず、以下のように変更してもよい。
（１）位置検出器１８は、リニアスケールに限らず、ラックとピニオンと回転変位センサの組み合わせ、または、差動変圧器などを用いるものでもよい。
（２）図３において、制御弁２３２は、３位置４ポートの比例電磁弁に限らず、圧力室１５に対する油圧を単に給排するだけの２位置３ポート弁を用いることができる。
（３）付加液体を燃料供給経路８の途中に合流させているが、付加液体噴射用の噴射弁を燃料用噴射弁とは別に設け、付加液体を直接ディーゼルエンジンの気筒内に投入するようにしてもよい。
【００２８】
【発明の効果】以上のように、本発明の請求項１〜４記載の発明によれば、ピストンの退避位置を検出する位置検出器と、この位置検出器の検知信号が入力される制御部とを設け、この制御部は前記検知信号と退避位置設定とを比較し前記制御弁に指令を送出して、ピストンを所望の退避位置に停止させるという簡単な構成により、付加液体が供給される圧力室の容量を変更できる。また、前記検知信号と比較される退避位置設定を変更するだけで、付加液体が供給される圧力室の容量を変更できるため、付加液体の容量の急激な変化に迅速に対応できる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００４０１９
【氏名又は名称】株式会社ナブコ
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| 【出願日】 |
平成１２年２月１６日（２０００．２．１６） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８９１９６
【弁理士】
【氏名又は名称】梶 良之 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−２２７４１２（Ｐ２００１−２２７４１２Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年８月２４日（２００１．８．２４） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−４３５６４（Ｐ２０００−４３５６４） |
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