JP3784100B2 - 内燃機関の吸入空気への噴霧装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関の排気ガスに含まれるＮＯx 等の有害物質を除去するために内燃機関の吸入空気へ霧状の燃焼温度低減液を噴射する噴霧装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンから排出される排気ガスには、ＮＯｘ、ＨＣ、黒煙等の有害物質が含まれ、現在、法律でそれらの量が規制されている。従って、現在流通している自動車は、全て排気ガス規制をクリアするための対策が講じられている。
しかし、昨今、地球規模での環境保護の必要性が叫ばれており、今後の自動車、船舶等の増加に鑑みると、現在の基準をも上回る更なる規制が必要であると考えられる。ところが、現在の法制に手を加えるのは容易ではなく、また、排ガス規制のために車両等のコストアップにつながることもあり、メーカーでの自主的な対策も遅れがちである。
また、特に消防車、ダンプカー、コンクリートミキサー車等いわゆる特装車と呼ばれるものでは、車体自体が特注品で高価であるために、数十年同一のものが使用されることがある。このため、この種の特装車のエンジンは、現在の排ガス規制に適合させるために、頻繁にエンジンを整備する必要があり、車両の維持にコストがかかるという問題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、このような問題点を考慮してなされたもので、低コストの改良で、しかもエンジン性能を損なうことなく、排気ガスの無公害化を図ることができる内燃機関の吸入空気への噴霧装置を提供することを目的とする。
この発明は、また、現在使用されている車両や船舶などの内燃機関に整備工場などで簡単に取り付けられる排ガスの無公害化のための噴霧装置を提供することを他の目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、排気ガスを触媒等で処理して無公害化を図る従来の排ガス対策とは異なり、燃焼の段階で処置を加えることにより、排気ガスに有害物質が含まれないようにしたものである。
即ち、本発明に係る噴霧装置は、水を主成分とする燃焼温度低減液を供給する液供給源と、空気を供給する空気供給源と、内燃機関の吸気側マニホールド内に装着され前記液供給源及び前記空気供給源から燃焼温度低減液及び空気をそれぞれ導入し、前記内燃機関の吸入空気内に霧状の燃焼温度低減液を噴霧する噴霧装置本体とを備え、前記噴霧装置本体が、前記液供給源から導入された燃焼温度低減液を均一に外部に導出させる緩衝部材と、この緩衝部材を取り囲むように配置され前記緩衝部材との間に燃焼温度低減液の通路を形成すると共に、先端に燃焼温度低減液の吐出孔を形成してなる内筒と、前記内筒を取り囲むように配置され前記内筒との間に前記空気供給源から導入された空気の通路を形成すると共に、先端に前記内筒の吐出孔から前記燃焼温度低減液を吐出させる向きの気流を発生させる空気の吐出口を形成する外筒とを備えたものであることを特徴とする。
【０００５】
内燃機関の吸入空気に水蒸気を含ませると、排気ガス中の有害物質、特にＮＯｘが低減する。これは、水蒸気の噴霧によって内燃機関の燃焼温度が低減し、これにより燃焼時間が長くなるからである。また、水蒸気に含まれる酸素によって燃焼効率が上がり、それによりＣＯが低減し、ディーゼルノックの低減を図ることができる。
本発明者の実験によると、内燃機関の燃焼効率を落とさずに、排気ガス中の有害物質を効果的に除去するためには、均一な所定粒径の霧状の水を内燃機関の排気量に応じた所定の単位時間当たりの吐出量で吸入空気中に供給する必要があることが確認されている。
【０００６】
本発明の噴霧装置によれば、水供給源から導入された水を主成分とする燃焼温度低減液が緩衝部材の外部に均一に導出され、液の通路を通って内筒の吐出孔から吐出される。このとき緩衝部材は、液圧を吐出孔に集中させないように作用する。このため、吐出孔からは、吐出孔の孔径で決まる所定径の均一で連続的な液流が吐出されることになる。
一方、内筒と外筒との間に導入された空気は、内筒の吐出孔から液を吐出させる向きの気流を発生させる。
【０００７】
これにより、吐出孔の液は液圧と、空気流による吐出口近傍の負圧現象とによって吐出口から先端に霧状になって吐出される。このとき吐出される液滴の径は、吐出孔の径によって制御され、吐出量は、液圧と空気圧等によって制御される。従って、これらの値を適切に設定することによって、排気量に応じた適切な噴霧吐出量を得ることができる。この結果、エンジンの燃焼効率を低下させずに適切な排気ガス対策を講じることができる。なお、ここで、燃焼温度低減液としては、水や水にメタノールを含有させたもの等を用いることができる。
この発明によれば、エンジンの吸入空気の供給経路に吐出口が臨むように噴霧装置の主要部を配置するだけであるから、低コストの改良で済む。
【０００８】
本発明における緩衝部材としては、例えば燃焼温度低減液をその外面に均一に滲出させる筒状の多孔質体等を用いることができる。
また、前記緩衝部材は、先端に吐出孔が形成され、この吐出孔から燃焼温度低減液を吐出すると共に緩衝部材と内筒との間の空間に空気を導入し、吐出孔から吐出された燃焼温度低減液と導入された空気との混合気を内筒との間の通路に吐出するものでもよい。
この場合、緩衝部材に形成された吐出孔の孔径は、内筒に形成された吐出孔の孔径以下に設定され、燃焼温度低減液の導入圧をＰ₀ 、緩衝部材と内筒との間の空間に導入される空気の導入圧をＰ₁ 、内筒と外筒との間の空間に導入される空気の導入圧をＰ₂ とすると、Ｐ₁ ＜Ｐ₀ ＜Ｐ₂ に設定されていることが望ましい。このように設定することにより、更に細かい粒径の霧状の燃焼温度低減液を吐出させることができる。
【０００９】
なお、燃焼温度低減液を収容するタンクがこの噴霧装置よりも高い位置に設置されている場合、噴霧装置の停止時に吐出孔から燃焼温度低減液が流れ出ることが考えられる。
【００１０】
そこで、緩衝部材に、燃焼温度低減液の導入圧力が所定圧を超えたときに燃焼温度低減液を外部に導出させるための弁を備えるようにすると、停止時には弁を閉じておくことができるので、このような不具合を防止することができる。
この装置を自動車に搭載する場合には、噴霧装置本体への燃焼温度低減液及び圧縮空気の供給源として小型・軽量のダイアフラム式の第１及び第２のポンプを使用することが望ましい。この場合、自動車バッテリーからの直流電力を交流電力に変換するインバータを使用し、このインバータから出力される交流電力によつてダイアフラム式のポンプを駆動すればよい。
【００１１】
第１のポンプからの圧縮空気でタンクから燃焼温度低減液を噴霧装置本体に供給するように構成すると、タンクの圧縮空気導入部付近の圧力が高まり、装置の停止直後にこの圧力の影響で噴霧装置本体内にタンクからの液が漏れることも考えられるが、この場合には、第１のポンプと第２のポンプの出力側をバイパス経路によって接続し、装置の停止時に第１のポンプの出力側の圧力を第２のポンプの出力側に逃がしてやれば良い。
【００１２】
また、特に寒冷地又は寒冷時にエンジンの始動を行うに際し、エンジンが暖まるまでは燃焼温度低減液をマニホールド内へ導入しない方が望ましい。この場合には、エンジンの始動により開始されるべき噴霧装置への電源供給を３〜５分程度遅らせる手段を設け、エンジンの始動開始からエンジンが暖まる所定時間が経過してから噴霧動作を開始させるようにすれば良い。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施の形態を説明する。
図１は、本発明の噴霧装置をディーゼルエンジンに適用した実施例を示す図である。
エアークリーナ１及び蛇腹式の連結ホース２を介して吸気側マニホールド３に導入された空気は、エンジン本体４の各シリンダ５に図示しない吸入弁を介して分配され、シリンダ５内に噴射された燃料と共に燃焼に供される。各シリンダ５からの排気ガスは、図示しない排気弁から排気側マニホールド６を介して外部に排出される。
吸気側マニホールド３の内部の例えば連結ホース２との連結部の近傍には、マニホールド内の空気に霧状の燃焼温度低減液としての水を噴射するための噴霧装置本体７が装着されている。噴霧装置本体７には、タンク８に収容された水９がポンプ１０によって供給されると共に、ポンプ１１から空気が供給されるようになっている。これらのポンプ１０，１１は、図示しない自動車バッテリーから供給される直流１２Ｖ又は２４Ｖの電源電圧を交流電力に変換するインバータ１２，１３の出力によって駆動される。そして、この噴霧装置本体７、水を収容したタンク８、ポンプ１０，１１及びインバータ１２，１３によって本発明の噴霧装置が構成されている。
【００１４】
図２は、噴霧装置本体７の要部を示す縦断面図である。
パイプ２１は、内部に水を導入するためのもので、支持筒２２に圧入等の方法で支持されている。パイプ２１の先端は、先端が閉じた筒状の多孔質体２３の基端部と連結されている。多孔質体２３は、例えば１０〜２０μｍの孔径の多数の孔が形成されたもので、支持筒２２の内部に接着などの方法で固定されている。そして、これらパイプ２１、支持筒２２及び多孔質体２３で緩衝部材２０が構成されている。多孔質体２３の外側には、多孔質体２３を取り囲むように内筒２４が配置されている。内筒２４の内周面と多孔質体２３の外周面との間には、筒状の水の通路２５が形成される。内筒２４の先端部には、先端が円錐状に突出したノズル部２６が形成されている。ノズル部２６の中心位置には、例えば０．４〜０．６ｍｍの水の吐出孔２７が形成されている。また、内筒２４の基端側は、支持筒２３の外周面にＯリング２８を介して液密に支持されている。
【００１５】
内筒２４の更に外側には、内筒２４を取り囲むように外筒２９が配置されている。この外筒２９は、筒状部材３０と、その基端に圧入された基端キャップ３１と、筒状部材３０の先端側にねじ３２によって結合された先端キャップ３３とから構成されている。筒状部材３０の基端と基端キャップ３１との間には、環状の空気導入室３４が形成され、この空気導入室３４に先端が臨むように、空気を導入するためのパイプ３５が基端キャップ３１に圧入等の方法で固定されている。この基端キャップ３１は、ねじ３６によって支持筒２２の基端部に結合されている。基端キャップ３１と支持筒２２との間には、空気導入室３４を気密に保つためのＯリング３７が装着されている。
【００１６】
内筒２４の基端外周面には、螺旋溝３８が形成され、この螺旋溝３８を介して、空気導入室３４と、筒状部材３０の内周面及び内筒２４の外周面で形成される筒状の空気の通路３９とを連通している。内筒２４の先端外周面にも同様の螺旋溝４０が形成され、この螺旋溝４０を介して通路３９と、外筒２９の先端内側の空気の通路４１とを連通している。先端キャップ３３の内側中央部は、円錐状のノズル２６に沿った円錐状に形成され、両者の間に０．４〜０．６ｍｍの円錐状ギャップ４２を形成している。この円錐状ギャップ４２の頂点に当たる先端キャップ３３の中央部には、霧状の水の吐出口４３が形成されている。先端キャップ３３と筒状部材３０との間にも、通路４１を気密に保つためのＯリング４４が装着されている。
【００１７】
次に、このように構成された噴霧装置の動作について説明する。
ポンプ１０，１１を作動して、パイプ２１，３５にそれぞれ水及び空気を導入すると、パイプ２１から多孔質体２３の内部に水が導入され、図中実線矢印で示すように、多孔質体２３の表面全体に水が均一に滲出する。この水は通路２５を介してノズル部２６の吐出孔２７から吐出口４３に向かって吐出される。このとき、多孔質体２３は、水圧を吐出孔２７に集中させないための緩衝材として作用する。このため、吐出孔２７からは、０．４〜０．６ｍｍの径の均一で連続的な水流が吐出されることになる。
【００１８】
一方、パイプ３５から空気導入室３４に導入された空気は、図中点線矢印で示すように、螺旋溝３８を介して通路３９に導入され、更に螺旋溝４０を介して通路４１に導入される。通路４１に導入された空気は、円錐状ギャップ４２を介して吐出口４３から吐出される。このとき、螺旋溝３８，４０は、空気圧の変動を吸収する緩衝材として機能する。
【００１９】
図３は、吐出口４３の近傍を拡大して示す図である。
吐出孔２７の水は水圧と、空気流による吐出口４３近傍の負圧現象とによって吐出口４３から先端に勢い良く突出される。このとき突出される水滴４４の径は、吐出孔２７の径によって制御され、約０．０５ｍｍ以下になる。従って、吐出口４３からは、水滴の径が均一にコントロールされた霧状の水が噴霧されることになる。
【００２０】
この噴霧装置７によれば、水圧と空気圧とをコントロールすることにより、霧状の水の吐出量を任意の値に設定することができる。また、先端キャップ３３は、筒状部材３０にねじ３２によって結合されているので、先端キャップ３３の位置を前後に調整することにより、円錐状ギャップ４２の大きさも調整することができる。これにより、吐出口４３の空気の流速をコントロールすることができ、これによっても水の吐出量を調整することができる。
【００２１】
いま、エンジンの単位時間当たりの燃料消費量に対する、単位時間当たりの水の消費量を水燃比と呼ぶことにすると、本発明者の実験によれば、この水燃比は５〜１０％程度が好ましいことが確認されている。例えば排気量３リットルのエンジンの単位時間当たりの燃料消費量が１リットル（アイドリング時）とすれば、単位時間に消費すべき水の消費量は５０〜１００ｃｃということになる。
従って、ポンプ１０，１１の能力をエンジンの排気量に応じて切り替え可能にしておき、排気量に応じた適切な水の消費量が得られるようにすることにより、最も適切な吐出量を得ることができる。
また、燃料消費量は、エンジンの回転数によって変化するので、エンジンの回転数に応じてポンプ１０，１１の能力を段階的又は連続的に切り替えることにより、エンジンの回転数に拘わらず、水燃比を常に一定に制御するようにしてもよい。
【００２２】
総排気量２．７７１リットルのディーゼルエンジンに本実施例の噴霧装置を取り付け、単位時間当たりの水の消費量を１５００ｃｃに設定して動作させ、６つのモードについてＮＯｘ、ＣＯ、ＨＣをそれぞれ測定した。その結果を表１に示す。なお、比較のために、本噴霧装置を作動させない状態（比較例）での測定結果も表２に示す。
【００２３】
【表１】

【００２４】
【表２】

【００２５】
以上の測定結果から明らかな通り、本実施例によれば、排気ガスとして最も低減が望まれるＮＯｘの低減効果は、アイドリング時で約２０％、走行時でも１４〜２８％と極めて高く、エンジン負荷率が高いモード４，６では、ＣＯの低減効果も認められた。また、未燃焼ガスであるＨＣ（ハイドロカーボン）についても高負荷時のモード４での低減効果が認められた。
【００２６】
図４は、噴霧装置本体７の他の構成例を示す図である。
この実施例が図２に示した実施例と異なる点は、緩衝部材の構成である。
この実施例の緩衝部材５０は、次のように構成されている。
パイプ５１が基端に圧入された支持筒５２は、内部に水の通路５３が形成され、先端に筒状部材５４をねじ５５によって支持している。筒状部材５４は、内部両端に筒状空間５６，５７を形成するための仕切５８を有し、先端側の筒状空間５６は、ねじ５９が形成されたキャップ６０によって閉塞されている。筒状部材５４の仕切５８には、孔６１が形成され、この孔６１にリベット状の弁６２がスライド自在に装着されている。弁６２の円錐状の先端は筒状空間５７に臨み、突出時に支持筒５２の先端の水の通路５３を閉塞する。弁６２の大径の基端は筒状空間５６に装着されたバネ６３によって弁６２が常時突出する向き付勢されている。また、筒状部材５４の基端側には、外周面と筒状空間５７とを連通する複数の吐出孔６４が放射状に穿設されている。
【００２７】
この実施例では、ポンプ１０が作動することによりパイプ５１を介して支持筒５２の通路５３に導入された水の水圧がある程度以上であれば、バネ６３のバネ圧に打ち勝って弁６２が開くので、筒状空間５７に水が導入され、吐出孔６４を介して通路２５に水が導出される。このとき、筒状空間５７と吐出孔６４とにより、水の導出圧力を均一に保つ緩衝部材としての機能を奏する。
一方、ポンプ１０が作動していない状態では、タンク８が噴霧装置本体７によりも高い位置に設置されていても、通路５３に導入された水の圧力がバネ６３のバネ圧よりも小さいため、弁６２は閉じたままとなり、通路２５に水が流入するのが防止される。
【００２８】
図５は、噴霧装置本体７の緩衝部材の更に他の実施例を示す図である。
この実施例の緩衝部材７０は、通路２５に水と空気の混合気を導入するようにしたものである。
即ち、支持筒７１には、水の通路７２と空気の通路７３とが形成され、基端側には、これら通路７２，７３にそれぞれ連絡するようにパイプ７４，７５が圧入等の方法で結合されている。支持筒７１の先端には、水の通路７２と連絡するようにノズル７６がねじ７７によって結合されている。ノズル７６の先端は、円錐状に形成され、その中心に吐出孔７８が形成されている。また、支持筒７１の空気の通路７３から吐出される空気流は、ノズル７６の先端に向かうようになっている。
【００２９】
この実施例によれば、パイプ７４から通路７２に導入された水は、ノズル７６の先端の吐出孔７８から内筒２４の内側の空間７９に吐出され、パイプ７５及び通路７３を介して空間７９に吐出された空気と混合されて混合気となる。この混合気が内筒２４の吐出孔２７から吐出されることになる。
いま、ノズル７６の吐出孔７８の孔径をｄ₁ 、ノズル部２６の吐出孔２７の孔径をｄ₂ とすると、ｄ₁ ≦ｄ₂ （例えばｄ₁ ＝０．３ｍｍ，ｄ₂ ＝０．５ｍｍ）に設定するのが望ましい。このように設定すると、ノズル７６で生成される混合気の粒径がノズル部２６の吐出孔２７の孔径よりも小さくなるため、混合気が吐出孔２７をスムーズに通過することになり、非常に細かい霧が形成されるからである。
【００３０】
また、通路７２に導入される水の圧力をＰ₀ 、通路７３に導入される空気の圧力をＰ₁ 、通路３９に導入される空気の圧力をＰ₂ とすると、Ｐ₁ ＜Ｐ₀ ＜Ｐ₂ となるように各圧力を調整する。これにより、空間７９内の混合気は、十分な水分を含み、且つ空間７９内の圧力がその外側の通路３９よりも高くなりすぎないため、吐出口４３の負圧作用が十分に働いて、粒径がコントロールされた非常に細かい霧状の水が噴霧されることになる。
【００３１】
なお、以上の各実施例では、吸入空気に噴霧する燃焼温度低減液として水を使用したが、水に５〜１０％程度のメタノール（ＣＨ₃ＯＨ）を含有させると、更に燃焼効率が上がり、燃焼時間が長くなることで瞬間燃焼温度が低減し、これにより黒煙が減少するので、ＮＯｘの低減効果は、更に増す。
また、以上は、ディーゼルエンジンに本発明を適用した例について説明したが、本発明は、ガソリンエンジンにも適用可能である。ガソリンエンジンの場合、加速時の排気ガスが最も問題になると考えられるので、水燃比は、加速時の燃料消費量に基づいて設定すればよい。
【００３２】
次に、この装置に適したポンプ１０，１１及びインバータ１２，１３の具体例を図６及び図７を参照して説明する。
図６（ａ）は、インバータ１２（１３）を同一ケースに内蔵したダイアフラム式のポンプ１０（１１）の上面図、同図（ｂ）は同じく側面図である。
長方形のプレート８１の一端側には、上面から見るとＴ字状の支持部材８２が固定されている。この支持部材８２は、中央部が仕切壁８３によって仕切られ、この仕切壁８３を介して２つの空気導入室８４ａ，８４ｂを内部に形成している。支持部材８２のプレート８１の長手方向に延びる部分には、ゴム等の可撓性部材からなるダイアフラム８５ａ，８５ｂが空気導入室８４ａ，８４ｂをそれぞれ塞ぐように対向配置されている。支持部材８２の一端側側面には、鍵型のアーム支持体８６ａ，８６ｂが突設されており、このアーム支持体８６ａ，８６ｂに可撓性部材であるラバー８７ａ，８７ｂを介してアーム８８ａ，８８ｂの一端が保持されている。アーム８８ａ，８８ｂは、その中央部がダイアフラム８５ａ，８５ｂの中央突起と連結され、他端部にフェライト等の高磁性体８９ａ，８９ｂが固着されたものとなっている。
【００３３】
プレート８１には、空気導入室８４ａ，８４ｂに連通する孔９０が設けられ、この孔９０と空気導入室８４ａ，８４ｂ側に配置された弁９１とを介して空気導入室８４ａ，８４ｂに空気を導入可能になっている。一方、支持部材８２の一端側の前面には、各空気導入室８４ａ，８４ｂから圧縮空気を取り出す空気取り出し口９２ａ，９２ｂが設けられ、この空気取り出し口９２ａ，９２ｂからパイプ９３及び管９４を介して空気が外部に取り出されるようになっている。
【００３４】
一方、プレート８１の他端側には、トランス９５が配置されている。トランス９５は、Ｅ型のコア９６とこれに巻回されたコイル９７とからなり、Ｅ型コア９６の開放端側が前述したアーム８８ａ，８８ｂの先端に固着された高磁性体８９ａ，８９ｂと近接して対向配置されるように図示しない手段によってプレート８１に固定されている。トランス９５のポンプ１０と反対側には、シールド板９８を介してインバータ１２の回路基板が配置されている。
【００３５】
この構成によれば、インバータ１２から図示しないリード線を介してトランス９５に交流電力が供給されると、Ｅ型コア９６及び高磁性体８９ａ，８９ｂで構成される磁気ループ内の磁束が周期的に変化して高磁性体８９ａ，８９ｂがＥ形コア９６の外側突設端から周期的に引き寄せられるので、アーム８８ａ，８８ｂが交流電力の周期に同期して対称的に揺動する。これにより、ダイアフラム８５ａ，８５ｂが周期的に往復駆動されるので、プレート８１の孔９０及び弁９１を介して空気導入室８４ａ，８４ｂに空気が導入されると共に、空気導入室８４ａ，８４ｂに導入された空気が空気取り出し口９２ａ，９２ｂを介して外部に取り出され、パイプ９３及び管９４を介して噴霧装置本体又はタンクに供給されることになる。
【００３６】
このように構成されたポンプによれば、
▲１▼ダイアフラム式であるからシリンダ式に比べて小型・軽量であり、自動車等に搭載し易い。
▲２▼インバータとトランスとを一体化された構造であるから、直流電源で駆動することができ、自動車用に適している。
▲３▼空気導入室を上述のように２つに分離すると、万一、ゴミなどによって一方のポンプが機能しなくなった場合でも、他方のポンプにより作動させることができる。
という効果がある。
なお、ゴミの導入防止対策については、上述した機構を収容するケースの空気導入口にフィルタを装着する等の方法が有効である。
【００３７】
以上のように、このポンプは、直流電力を交流電力に変換するインバータ（１２）と、このインバータ（１２）によって駆動されるトランス（９５）と、このトランス（９５）の励磁動作に応動して揺動する揺動部材（８８ａ，８８ｂ）と、この揺動部材（８８ａ，８８ｂ）に連動して駆動されて圧縮空気を発生させるダイアフラム（８５ａ，８５ｂ）とを備えたものであり、本発明の噴霧装置への用途のみならず、バッテリー駆動式として携帯して野外で使用するのにも有効である。
【００３８】
図７は、インバータ１２（１３）の一例を示す回路図である。
このインバータは、バイポーラトランジスタによるデバイス転流形のフルブリッジ形インバータである。即ち、自動車バッテリー等の直流電源から供給される１２Ｖ又は２４Ｖの直流電圧は、電源スイッチ１０１及び抵抗１０２を介して、入出力端に安定化用のコンデンサ１０３，１０４が接続された３端子レギュレータ１０４に供給され、例えばＤＣ５Ｖに安定化される。
【００３９】
３端子レギュレータ１０５で安定化された直流電圧は、以下に述べる発振回路１０６に供給される。即ち、安定化直流電圧は、抵抗１０７を介してＮＡＮＤゲート１０８の一方の入力端に入力される。ＮＡＮＤゲート１０８の出力側には２段のインバータ１０９，１１０が接続され、インバータ１１０の出力は可変抵抗１１１及び抵抗１１２を介してＮＡＮＤゲート１０８の他方の入力端に帰還されている。抵抗１１１，１１２の接続点とインバータ１０９，１１０の接続点との間には、コンデンサ１１３が接続されている。ＮＡＮＤゲート１０８の他方の入力端の電位は、可変抵抗１１１及びコンデンサ１１３の時定数によって決まる周期で変動するので、ＮＡＮＤゲート１０８の出力端からは交流電圧が出力される。その周波数は、可変抵抗１１１によって調整することができる。なお、この発振回路１０６の入力端に接続されたダイオード１１４，１１５の直列回路は、逆流阻止用のものである。
【００４０】
一方、電源スイッチ１０１を介して導入されたバッテリー電圧は、コンデンサ１２１で安定化され、フルブリッジ回路１２２を構成するトランジスタ１２３，１２４，１２５，１２６に電源として供給されている。フルブリッジ回路１２２の接地側には、電流制限用の可変抵抗１２７が接続されている。４つのトランジスタ１２３〜１２６のうち、トランジスタ１２４，１２５の各ベースには、発振回路１０６からの出力が入力され、トランジスタ１２３，１２６の各ベースには、発振回路１０６の出力をインバータ１２８で反転させた出力が入力されている。そして、トランジスタ１２３，１２４の接続点と、トランジスタ１２５，１２６の接続点との間に前述したトランス９５のコイル９７が接続される。なお、各トランジスタ１２３〜１２６のコレクタ・エミッタ間に逆方向接続されたダイオード１２９，１３０，１３１，１３２は、逆電圧防止のために設けられている。
【００４１】
この回路によれば、発振回路１０６からの発振出力によってトランジスタ１２３，１２６とトランジスタ１２４，１２５とが交互にオンオフするので、トランス９５のコイル９７に交番電流が流れ、これによりダイアフラム８５ａ，８５ｂを往復駆動させることができる。そして、ダイアフラム８５ａ，８５ｂによって発生される圧縮空気の量は、発振回路１０６の可変抵抗１１１による発振周波数の調整、又はフルブリッジ回路１２２の可変抵抗１２７によるコイル９７に流れる電流値の調整によって最適値に設定することができる。
特に、適正水量は、排気量の大きなエンジンでは大、排気量の小さなエンジンでは小に設定するのが好ましい。上述したシステムでは、空気量を増すと水量が減少し、空気量を減らすと水量が増加するという関係にあるので、空気量の調整だけで適正水量を調整することができる。従って、このシステムによれば、電気的な調整だけで適正水量の調整が可能になる。
【００４２】
なお、以上の実施例では、インバータとポンプとを一体化させたが、インバータとポンプとは別体とするようにしても良い。この場合、２つのポンプで１つのインバータを共用する事もできる。
また、図１に示した構成のうち、第１のポンプ１０の出射端側とタンク８との間の圧力は、装置の運転時には十分に高くなることが予想される。このため、運転停止直後に、その部分の圧力によってタンク８から噴霧装置本体７に水が供給され、マニホールド３内に水が漏れてしまうことが予想される。このような現象が起きる場合には、図中点線で示すように、ポンプ１０，１１の出力側をバイパス経路１４で接続することが望ましい。このように構成することにより、運転停止直後のポンプ１０とタンク８との間の圧縮空気がバイパス経路１４を通って噴霧装置本体７からマニホールド３内に排気されるので、無用な液の流出を防ぐことができる。
【００４３】
なお、特に寒冷地や寒冷時などでは、エンジンの始動時にエンジンが暖まるまでの時間、水蒸気をマニホールド内に供給しない方が望ましい。この場合には、例えば、図８に示すように、スタートスイッチ１３１を介してバッテリー１３２から供給される直流電圧を電圧検出部１３３で検出し、この検出信号を遅延回路１３４で３〜５分程度遅延させた後、リレースイッチ１３５をオン状態にすることにより、噴霧装置１３６に電源供給されるタイミングを遅らせるようにすればよい。スイッチ１３１のオフ時には、ＡＮＤゲート１３７の出力が直ちに立ち下がり、リレースイッチ１３５がオフ状態となるので、噴霧装置１３６の動作は直ちに停止する。
【００４４】
また、図１に示した実施例では、噴霧装置本体７を吸気側マニホールド３内に配置したが、例えば図９に示すように、吸気側マニホールド３と並列にバイパス管１４１を設け、このバイパス管１４１内に噴霧装置本体７を設置することにより、吸気側マニホールド３への取り付けを更に容易にすることができる。
【００４５】
なお、上記実施例では、車載用のエンジンについて説明したが、本発明は船舶その他、各種の産業機械等、あらゆる用途の内燃機関に適用可能であることは言うまでもない。
【００４６】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明によれば、排気量に応じた適切な噴霧吐出量を得ることができ、エンジンの燃焼効率を低下させずに適切な排気ガス対策を講じることができる。
また、この発明によれば、エンジンの吸入空気の供給経路に吐出口が臨むように噴霧装置の主要部を配置するだけであるから、低コストの改良で済むという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例に係るディーゼルエンジンを概略的に示す図である。
【図２】 図１における噴霧装置本体の詳細を示す縦断面図である。
【図３】 図２におけるノズル部分の拡大断面図である。
【図４】 本発明の他の実施例に係る噴霧装置本体の詳細を示す縦断面図である。
【図５】 本発明の更に他の実施例に係る噴霧装置本体の詳細を示す断面図である。
【図６】 本発明に適用されるポンプの構成を示す上面図と側面図である。
【図７】 同ポンプを駆動するのに適したインバータの回路図である。
【図８】 本発明の更に他の実施例に係る噴霧装置とその駆動回路を示すブロック図である。
【図９】 本発明の更に他の実施例に係る噴霧装置を取り付けたディーゼルエンジンの要部を示す図である。
【符号の説明】
１…エアーフィルタ、２…連結ホース、３…吸気側マニホールド、４…エンジン本体、５…シリンダ、６…排気側マニホールド、７…噴霧装置本体、８…タンク、９…水、１０，１１…ポンプ、２０，５０，７０…緩衝部材、２１，３５，５１，７４，７５…パイプ、２２，５２，７１…支持筒、２３…多孔質体、２４…内筒、２５，３９，４１，５３，７２，７３…通路、２６…ノズル部、２７，７８…吐出孔、２８，３７，４４…Ｏリング、２９…外筒、３０，５４…筒状部材、３１…基端キャップ、３２，３６，５５，５９，７７…ねじ、３３…先端キャップ、３４…空気導入室、３８，４０…螺旋溝、４２…円錐状ギャップ、４３，６４…吐出口、５６，５７…筒状空間、６０…キャップ、６２…弁、６３…バネ、７６…ノズル、８５ａ，８５ｂ…ダイアフラム、８８ａ，８８ｂ…アーム、８９ａ，８９ｂ…高磁性体、９５…トランス、１０６…発振回路、１２２…フルブリッジ回路。

Claims (7)

1. 水を主成分とする燃焼温度低減液を供給する液供給源と、
   空気を供給する空気供給源と、
   内燃機関の吸気側マニホールド内に装着され前記液供給源及び前記空気供給源から燃焼温度低減液及び空気をそれぞれ導入し、前記内燃機関の吸入空気内に霧状の燃焼温度低減液を噴霧する噴霧装置本体とを備え、
   前記噴霧装置本体は、
   前記液供給源から導入された燃焼温度低減液を均一に外部に導出させる緩衝部材と、
   この緩衝部材を取り囲むように配置され前記緩衝部材との間に燃焼温度低減液の通路を形成すると共に、先端に燃焼温度低減液の吐出孔を形成してなる内筒と、
   前記内筒を取り囲むように配置され前記内筒との間に前記空気供給源から導入された空気の通路を形成すると共に、先端に前記内筒の吐出孔から前記燃焼温度低減液を吐出させる向きの気流を発生させる空気の吐出口を形成する外筒と
   を備えたものであることを特徴とする内燃機関の吸入空気への噴霧装置。
2. 前記緩衝部材は、前記燃焼温度低減液をその外面に均一に滲出させる筒状の多孔質体であることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の吸入空気への噴霧装置。
3. 前記緩衝部材は、先端に吐出孔が形成されたものであり、この吐出孔から前記燃焼温度低減液を吐出すると共に前記緩衝部材と前記内筒との間の空間に空気を導入し、前記吐出孔から吐出された燃焼温度低減液と前記導入された空気との混合気を前記内筒との間の通路に吐出するものであることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の吸入空気への噴霧装置。
4. 前記緩衝部材に形成された吐出孔の孔径は、前記内筒に形成された吐出孔の孔径以下に設定され、前記燃焼温度低減液の導入圧をＰ₀ 、前記緩衝部材と前記内筒との間の空間に導入される空気の導入圧をＰ₁ 、前記内筒と前記外筒との間の空間に導入される空気の導入圧をＰ₂ とすると、Ｐ₁ ＜Ｐ₀ ＜Ｐ₂ に設定されていることを特徴とする請求項３記載の内燃機関の吸入空気への噴霧装置。
5. 前記緩衝部材は、前記燃焼温度低減液の導入圧力が所定圧を超えたときに前記燃焼温度低減液を外部に導出させるための弁を備えたものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の内燃機関の吸入空気への噴霧装置。
6. 前記燃焼温度低減液は、メタノールを含むものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の内燃機関の吸入空気への噴霧装置。
7. エンジンの始動開始からエンジンが暖まる所定時間が経過するまで噴霧動作を開始させないための手段を更に備えたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の内燃機関の吸入空気への噴霧装置。

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