专利名称：乳化燃料供给装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及向柴油机提供为了降低包含在排放气体中的氮氧化物(以下，称为NOx)而使用的乳化燃料的装置。
已知作为降低柴油机的排放气体中的NOx的方法之一有使用乳化燃料的方法。在这种乳化燃料的使用时存在许多问题，以下展示几个与该问题关联的技术。
(1)在日本国专利申请公开公报特开平9-317587号上，公开了变更乳化燃料的指令加水率的技术。这是与NOx对应地变更实际加水率的技术。
(2)在日本国专利第2561820号上记载的技术是，设置检测乳化燃料中的水的比例的传感器，通过与该传感器的检测结果对应地调整燃料喷射泵，根据燃料中的水的比例进行最佳量的燃料的供给。
(3)在日本国专利申请公开公报特开昭59-33392号上记载的技术是，具有使来自引擎的剩余燃料再次返回乳化燃料供给路径的循环回路。
(4)在柴油机引擎的起动时，为了防止不发火(不能点火)，只提供油。在具有循环回路的柴油机中，不能立即改变为只供给油。作为解决这个问题的方法，有已公开的日本国专利申请公开公报特开平6-159149号。其中公开了设置缓冲箱的技术。
在本说明书中使用的用语，定义为以下的含义。
用语的定义·加水率(水量W/油F)×100·指令加水率由控制部分指令的加水率·目标加水率基于引擎的状况的最适宜降低NOx的加水率。
·延迟时间在混合器中生成的乳化燃料至喷射阀的时间。是计量变更控制参数的定时的。
·稳定时间在指令加水率变更后，爆发能量变化引擎转速也变化。该变化由控制部分的反馈控制修正。所谓稳定时间是该修正所需要的时间。
·实际注水量实际被送到混合器中的水量。(从水管路的流量计的值，或者，水泵的输出量检测出)·指令注水量在子程序中算出的，对水系统发出送到混合器的指令的水量的值。
·实际加水率在混合器中实际生成的乳化燃料的加水率(实际加水量，根据新加的水和油的量，以及，从循环回路返回的乳化燃料(剩余燃料)中的水和油的量求得。)·快速切换是在预定程序之外迅速停止乳化油的供给，只提供油运转的情况。(乳化燃料，因为在起动时和低速运转时有可能不发火，所以在由于不想使用而停止机器时，希望预先消耗包含循环回路中的乳化燃料在内的乳化燃料。)·实际油量从油泵送来的新的油量。(从油管路的流量计的值、油用泵的输出量中检测出)·剩余燃料从循环回路返回的乳化燃料。该量使用循环回路的流量计的值，或者从被送到喷射泵的量(燃料泵的输出量)减去在喷射泵中消耗的量(由调节器的齿条的位置或者引擎转速算出，或者从这两方面的值算出)的值。剩余燃料的实际加水率，是循环回路的加水率传感器的值，或者剩余燃料生成时(虽然被送到喷射泵但未使用而成为剩余燃料时)的指令加水率(实际加水率)。
·上限加水率不引起不发火的最大加水率。
在上述(1)的特开平9-317587号上记载的技术，在船用引擎等有负荷变动的设备中，存在在实际加水率高时，或者引擎转速低时，如果转换到高负荷则有可能引起不发火的问题。
本申请的第1发明目的在于提供一种乳化燃料供给装置，它在用于负荷变化的引擎时，可以降低不发火的可能性。
上述(2)的日本专利第2561820号公报存在以下问题，在以乳化燃料运转时，如果用和只用油运转时同样量的乳化燃料喷射到引擎内，例如，在提升引擎转速时，因为在乳化燃料中包含有水，油的增加量比通常只用油运转时的增加量少，所以引擎转速的加速迟缓，对指令转速的跟随性差。
第2发明目的在于提供一种乳化燃料供给装置，它不管是乳化燃料、油，都可以同样地控制引擎转速。
上述(3)的特开昭59-33392号公开的技术，在这样的装置中，因为要想改变实际加水率，不能把握来自循环回路的返回量，所以存在不能控制改变实际加水率，不能根据引擎的状况控制加水率的问题。
第3发明目的在于提供一种乳化燃料供给装置，它在乳化燃料循环系统中，可以控制实际加水率。
上述(4)的特开平6-159149号所述的技术，因为需要另外设置缓冲箱，所以存在为了确保空间和配置而苦思焦虑的问题。
第4发明目的在于提供一种乳化燃料供给装置，它在乳化燃料循环的系统中，不需要另行设置缓冲箱，就可以使乳化燃料避开通常的燃料供给线路。
当在水系统等中发生异常，实际加水率不能控制的情况下，停止水的供给只由油运转。这时，在具有循环回路的装置中，消耗完存在于该循环回路中的乳化燃料，比使其退让到缓冲箱等要好。这是因为，如果乳化燃料长时间放置，则油和水分离再次使用变得困难的缘故。但是，如果循环回路中的乳化燃料的实际加水率高的话，则存在在消耗它时，有可能引起不发火的问题。
第5和第6发明的目的在于提供一种乳化燃料供给装置，它在水系统异常时，不会引起不发火，可以尽可能多地消耗循环回路内的乳化燃料。
在改变乳化燃料的实际加水率时，包含在乳化燃料中的水的比例增减，与此对应地增减油的比例。随之产生了因爆发能量变化引起引擎转速变化的问题。作为解决这种问题的方法有上述(2)的日本国专利第2561820号公开的方法。该专利所公开的装置，使用介电常数传感器，但因为因实际加水率的变动引起的介电常数的变动微小，所以加水率的检测精度不一定高，存在乳化燃料的调节误差大的问题。
第7发明目的在于提供一种乳化燃料供给装置，它在改变乳化燃料的实际加水率时，可以降低引擎转速的变化。
在传统的技术中，在改变乳化燃料的实际加水率时，例如，在上述(2)的日本国专利所述的技术中，如果大幅度提高实际加水率，则包含在乳化燃料中的水的量激增，与此相反油的量锐减。随之，存在因爆发能量变化引起引擎转速大幅度变化的问题。
本申请的第8发明目的在于提供一种乳化燃料供给装置，它在改变乳化燃料的实际加水率时，可以减少引擎转速的变化。
本申请的第1方案的乳化燃料供给装置包括燃料箱，它用来储存油；喷射阀，它用来向汽缸内喷射油；加压循环泵，它用来把油压送到喷射阀；喷射泵，它用来控制从喷射阀喷射出的油量；控制部分，它用来控制喷射泵；混合器，它被设置在喷射泵和燃料箱之间用来混合油和水；以及水泵，向混合器提供水，这种乳化供给装置的特征在于根据引擎的状态，或者，负荷状态，设定在降低NOx的同时可以降低不发火的可能性的目标加水率，根据该目标加水率，控制提供给混合器的水量(权利要求1)。
通过采用这样的构成，就可以在降低NOx的同时，降低在负荷变化的引擎使用时的不发火的现象。
在上述第1方案(权利要求1)中，可以把上述目标加水率设定成在上述负荷的变动大时，比上述负荷变动小时还低。或者，可以把上述目标加水率设定成在引擎转速低时，比引擎转速高时低(权利要求2)。在负荷的变动大时，或者引擎转速低时，因为不发火的可能性大，所以通过设定低的目标加水率就可以降低不发火。设置成当不发火的可能性明显的低时，提高实际加水率，谋求降低NOx。
第2方案的乳化燃料供给装置包括燃料箱，它用来储存油；喷射阀，它用来向汽缸内喷射油；加压循环泵，它用来向喷射阀压送油；喷射泵，控制从喷射阀喷射的油量；控制部分，控制喷射泵；混合器，它被设置在喷射泵和燃料箱之间用来混合油和水；以及水泵，向该混合器提供水，这种乳化燃料供给装置的特征在于上述控制部分进行PID控制(比例积分微分控制-Proportional-plus-Integral-plus-Derivative Control)，在靠乳化燃料运转时，根据指令加水率改变控制参数(parameter)，使得引擎转速与只用油运转的情况一样地加减(权利要求3)。
如果采用这种构成，则作为燃料，无论是使用乳化燃料时，还是使用油时，都可以同样地控制引擎转速。即，例如，即使提高引擎转速，因为包含在增加的乳化燃料中的油的量，和只靠油运转时同样地增加，所以可以和只用油运转的情况一样进行提高引擎转速的控制。
在上述第2方案(权利要求3)中，也可以设置成根据实际加水率改变上述控制参数的构成(权利要求4)。当在水系统中发生异常时，例如，如果要在供水量减少实际加水率低的状态下改变引擎转速，则在根据指令加水率改变控制参数之中油的增加量比通常情况下还多，引擎转速的变动比通常的情况还大。通过根据实际加水率设定控制参数，就可以在水系统异常时，和通常时一样地控制引擎转速。
在上述第2方案(权利要求3，或者权利要求4)中，可以设置成如此改变控制参数，使得不管上述实际加水率或者上述指令加水率任何变化，被包含在乳化燃料内的油量都成为相同(权利要求5)。作为控制参数的变更方法，预先设定与实际加水率或者指令加水率对应的控制参数，对每一实际加水率或者指令加水率选择控制参数。另外，在由于加水，热效率减少的情况下，考虑该减少设定与实际加水率或者指令加水率的对应的控制参数即可。
其它的控制方法有，如此变更控制参数，使得在乳化燃料内运转时，在只以油运转的情况下的控制参数上，分配包含在乳化燃料中的油的比例，使油量一定。
另外，也可以设置成上述控制参数的变更，在上述实际加水率改变后的燃料从喷射泵喷射到汽缸内时进行(权利要求6)。通过调整改变控制参数的定时，就可以使运转状态进一步接近只用油运转时的状态。
第3方案的乳化燃料供给装置包括燃料箱，它用来储存油；喷射阀，它用来向汽缸内喷射油；加压循环泵，它用来向喷射阀压送油；喷射泵，控制从喷射阀喷射的油量；控制部分，控制喷射泵；混合器，它被设置在喷射泵和燃料箱之间用来混合油和水；以及水泵，向该混合器提供水，这种乳化燃料供给装置的特征在于具备把喷射泵的剩余燃料送到混合器前级的循环回路，设置检测上述剩余燃料的量的量检测机构，从上述剩余燃料的量和实际加水率、新从燃料箱送到混合器的油量、指令加水率中算出要新增加的水量(权利要求7)。
通过采用这种构成，在乳化燃料循环的系统中，可以把握返回量，控制实际加水率。
这种情况下，上述量检测机构，可以用设置在上述循环回路上的流量发送器构成，或者，由从上述控制部分的输出或者引擎转速算出消耗的乳化燃料的量，从被送到上述喷射泵的流量减去消耗的乳化燃料的量的运算单元构成(权利要求8)。
另外，上述剩余燃料实际加水率，也可以设置成使用剩余的乳化燃料生成时的指令加水率或者实际加水率，或者，由设置在上述循环回路上的加水率检测器检测出的实际加水率(权利要求9)。新送到混合器的油量，使用油管路的流量发送器的信号，或者，加压循环泵的输出量来测定。被送到喷射泵的乳化燃料的量，通过在乳化燃料的管路上设置流量发送器测定。
第4方案的乳化燃料供给装置包括燃料箱，它用来储存油；喷射阀，它用来向汽缸内喷射油；加压循环泵，它用来向喷射阀压送油；喷射泵，控制从喷射阀喷射的油量；控制部分，控制喷射泵；混合器，它被设置在喷射泵和燃料箱之间用来混合油和水；以及水泵，向该混合器提供水，这种乳化燃料供给装置的特征在于具备把上述喷射泵的剩余流量连接到混合器的前级的循环回路，形成为可以使该循环回路内的乳化燃料退避到水管路中(权利要求10)。
如果采用这种构成，则在乳化燃料循环的系统中，不需要另行设置缓冲箱，就可以使乳化燃料退避。
在使乳化燃料退避时，通过使水泵停止，或者使截断阀动作，或者使溢流阀动作使水全部放出来停止水的供给。该退避控制，在停止时、低速时、反冲(机器反转时)等的预定外的引擎控制时使用。
第5方案的乳化燃料供给装置包括燃料箱，它用来储存油；喷射阀，它用来向汽缸内喷射油；加压循环泵，它用来向喷射阀压送油；喷射泵，控制从喷射阀喷射的油量；控制部分，控制喷射泵；混合器，它被设置在喷射泵和燃料箱之间用来混合油和水；以及水泵，向该混合器提供水，这种乳化燃料供给装置的特征在于具备把上述喷射泵的剩余流量连接到上述混合器的前级的循环回路，在实际加水率不能控制时，停止水的供给，而在实际加水率在上限加水率以下的情况下，不使上述循环回路的乳化燃料退避地，使用该乳化燃料(权利要求11)。
如果采用这种构成，则在水系统的异常时，能够更多地消耗循环回路内的乳化燃料，而不会引起不发火。
第6方案的乳化燃料供给装置包括燃料箱，它用来储存油；喷射阀，它用来向汽缸内喷射油；加压循环泵，它用来向喷射阀压送油；喷射泵，控制从喷射阀喷射的油量；控制部分，控制喷射泵；混合器，它被设置在喷射泵和燃料箱之间用来混合油和水；以及水泵，向该混合器提供水，这种乳化燃料供给装置的特征在于具备把上述喷射泵的剩余流量连接到上述混合器的前级的循环回路，在实际加水率不能控制时，在停止水的供给的同时，调节被导入上述混合器的剩余燃料的量，使得实际加水率在上限加水率以下(权利要求12)。
第7方案的乳化燃料供给装置包括燃料箱，它用来储存油；喷射阀，它用来向汽缸内喷射油；加压循环泵，它用来向喷射阀压送油；喷射泵，控制从喷射阀喷射的油量；控制部分，控制喷射泵；混合器，它被设置在喷射泵和燃料箱之间用来混合油和水；以及水泵，向该混合器提供水，这种乳化燃料供给装置的特征在于在乳化燃料的指令加水率或者实际加水率改变时，根据上述指令加水率或者实际加水率，上述控制部分通过上述喷射泵，增减被喷射的乳化燃料量，使得爆发能量为一定(权利要求13)。
如果采用这种构成，则可以在改变乳化燃料的实际加水率时，降低引擎转速的变化。
这种情况下，可以设置成上述控制部分根据实际加水率通过上述喷射泵增减喷射出的乳化燃料量，使得爆发能量为一定(权利要求14)。因为根据实际加水率控制，所以还可以降低水系统故障时的引擎转速的变动。
进而，可以设置成在上述指令加水率或者实际加水率改变时，增减乳化燃料使得油的量为一定(权利要求15)。
第8方案的乳化燃料供给装置包括燃料箱，它用来储存油；喷射阀，它用来向汽缸内喷射油；加压循环泵，它用来向喷射阀压送油；喷射泵，控制从喷射阀喷射的油量；控制部分，控制喷射泵；混合器，它被设置在喷射泵和燃料箱之间用来混合油和水；以及水泵，向该混合器提供水，这种乳化燃料供给装置的特征在于当最适宜氮氧化物(NOx)降低的目标加水率被改变了时，使实际加水率渐渐接近目标加水率(权利要求16)。
如果采用这种构成，就可以降低改变乳化燃料的实际加水率时的引擎转速的变化。
图1是本发明的一实施例的概略构成图。
图2是图1的实施例的变形例的概略构成图。
图3是用于说明图1的实施例的作用的主程序部分的流程图。
图4是用于说明图1的实施例的作用的子程序部分的流程图。
图5是用于说明图1的实施例的作用的控制参数变更程序部分的流程图。
图6是用于说明图1的实施例的作用的指令加水率调整程序部分的流程图。
图7是用于说明图1的实施例的作用的延迟时间计算程序部分的流程图。
图8是用于说明图1的实施例的作用的异常时程序部分的流程图。
图9是用于说明图1的实施例的作用的注水停止程序部分的流程图。
图10是用于说明图1的实施例的作用的快速切换程序部分的流程图。
本发明的一实施例的概略构成展示在图1中。该乳化燃料供给装置1，是适用于船舶用柴油机引擎2的例子，包括燃料箱10、燃料喷射阀11、加压循环泵12、控制部分13、混合器14、水泵15等。
首先说明燃料油系统，燃料箱10储存的燃料油经由增压泵16被送到油循环回路17。油循环回路17是使油在合流器18、加压循环泵12、燃料加热器19、溢流阀20中顺序循环的油通路，油在加压循环泵12的作用下循环。在该油循环回路17的燃料加热器19和溢流阀20之间设置有分支通路21，该分支通路21通过开关阀22，连接到把后述的乳化燃料供给喷射泵42的通路43上。另外，在油循环回路17的燃料加热器19和上述分支通路21的分支点之间设置分支通路23，该分支通路23提供开关阀24、油用的流量发送器25，和混合器14的入口连接。流量发送器25，检测油量并把检测出的量作为电气信号发出。
水系统，从给水源26开始的水通路，通过截断阀27连接在水箱29上，该水箱29的水位，由水位开关28维持在适当的水位。并且水的通路，从水箱29开始经过水增压泵30、过滤器31、检测水的流量并把检测出的量作为电气信号发送的流量发送器32、水泵15、截断器33、水加热器34、溢流阀35，连接到混合器14的入口。图中，在水增压泵30和过滤器31之间，过滤器31和流量发送器32之间，水泵15和截断器33之间，设置检测压力并发送到控制部分13的压力发送器36、37、38。在图中，连接于各设备(开关阀，截断器，流量发送器等)上的虚线，都连接在控制部分13上，表示从控制部分13向设备或者从设备向控制部分13的信号传送用的信号线路。
混合器14，混合供给的油和水后作为乳化燃料从输出口送出。混合器14的输出口通过加水率检测用传感器40、开关阀41连接在引擎2的喷射泵42上。在该开关阀41和喷射泵42之间的通路43上连接着上述分支通路21。提供给喷射泵42的燃料，用喷射泵42控制其量，被送到喷射阀11提供给汽缸(燃烧室)内。剩余的燃料被送出到通路44，该通路44，通过截断泵45、循环泵46、流量发送器47连接到混合器14的入口。从该混合器14，经过喷射泵42、截断阀45、循环泵46、流量发送器47再次返回混合器14的回路形成循环回路48。该循环回路48中的喷射泵42和截断阀45之间的通路44从途中分支，经过截断阀49，连接在缓冲箱50上。缓冲箱50，为了再利用被送来的乳化燃料，例如，被连接到油水分离器或者锅炉。另外，带有开关阀56的通路57，把循环回路48的喷射泵42的输出部分连接在循环回路17中的溢流阀20的后级。
控制部分13，是使用计算机的部分，根据被设定在设定部分中的值，和从上述的设备和被设置在其它装置中的引擎转速检测部分51、转速指令发送器52等得到的数据控制乳化燃料供给装置2，尽可能降低排放气体中的NOx，而使得不发生不发火。
柴油机引擎2，在起动时等只被提供油，如果进入通常运转状态就从只提供油切换为提供乳化燃料。说明这种切换情况下的机器的状态。只提供油的状态，是泵16、12动作，打开开关阀24、41，关闭开关阀22的状态。在该状态中，循环于循环回路48的油，由循环泵46通过喷射泵42从燃料喷射阀11提供给燃烧室。
从只提供油切换到提供乳化燃料的状态，是水系统的泵30、15动作，打开截断阀33的状态。在该状态中，水和油被提供给混合器14，在混合器14中成为乳化燃料后通过传感器40、开关阀41、喷射泵42，从燃料喷射阀11提供给燃烧室。被送到混合器14的水，用流量发送器32检测出其流量，用水泵15调整。被送到混合器14的油用流量发送器25检测出其流量。并且，被提供给燃烧室的乳化燃料的量，用喷射泵42控制，剩余乳化燃料循环于循环回路48后返回混合器14。由流量发送器47检测出该剩余乳化燃料返回混合器14的量。进而，当在混合器中发生异常的情况下，关闭开关阀24、41，打开开关阀22、56。在这种状态下，循环于油循环回路17中的油通过开关阀22、喷射泵42，从燃料喷射阀11提供给燃烧室。
图2是上述实施例的变形例的概略构成的图，该乳化燃料供给装置1a，是省略缓冲箱50的构成，与上述实施例比较，没有截断阀49、缓冲箱50这一点，和流量发送器47的出口、流量发送器25的出口、水通路的终端部分58通过三位切换阀59连接在混合器14的入口上这一点不同。
三位切换阀59，根据来自控制部分的信号切换。第1切换位置，连接流量发送器25和混合器14并且截断流量发送器47和水通路的终端部分58。第2切换位置，分别连接流量发送器25和混合器14，以及流量发送器47和水通路的终端部分58。第3切换位置，把流量发送器25、47，水通路的终端部分58全部连接在混合器14上。
该三位切换阀59的第1切换位置用于只提供油，第2切换位置用于只提供油以及把乳化燃料退避到水系统，第3切换位置用于通常的乳化燃料提供。进而，在使乳化燃料退避到水系统时，使水泵30、15停止，向溢流阀35、截断阀33一侧逆流。这种情况下，即使逆流到过滤器31之前，也不会对其它的设备有影响。
因为其它的构成和上述实施例相同，所以用同一符号表示相同的部分并省略说明。
以下用图3～图10的流程图说明图1、图2所示的实施例及其变形例的作用。
在实施例中，主程序如图3所示，首先对此进行说明。在开始乳化燃料的供给时，在步骤S1中设定初始的指令加水率a％，在步骤S2中对应引擎的状况，设定最适宜降低NOx的目标加水率。具体地说，例如，在引擎转速高时增大目标加水率，另外，在负荷变化小时也增大目标加水率。在以下的步骤S3中判断指令加水率是否变更，在没有变更(NO)时进入步骤S4。如果有变化(YES)时进入步骤S9(图4所示的子程序)。即，在每次变更指令加水率时，进入子程序。
在步骤S4中，判断是否经过了燃料从混合器14(图1)到达喷射泵42所需要的时间，即是否经过延迟时间，在没有经过时(NO)进入步骤S5。在经过延迟时间时(YES)进入步骤S13(图5所示的控制参数变更程序)。即，如果经过延迟时间，就进入控制参数变更程序。
在步骤S5中，判断是经过了引擎转速稳定所需要的被预先设定的稳定时间，在没有经过时(NO)进入步骤S6。在经过时(YES)进入步骤S15(图6所示的指令加水率调整程序)。即，如果经过稳定时间，就进入指令加水率调整程序。(在即使改变指令加水率引擎转速也瞬间稳定的系统中，可以把初始指令加水率a％变成目标加水率b％，而省略该步骤S5和指令加水率调整程序。)在步骤S6中判断实际注水量是否等于指令注水量，在等于时(NO)进入步骤S7。在不等于时(YES)进入步骤S19(图8所示的异常时程序)。即，在实际注水量和指令注水量不相等时(需要某种程度的容许范围)，作为装置异常进入异常时程序。
在步骤S7中判断实际加水率是否等于指令加水率，在等于时(NO)进入步骤S8。在不等于时(YES)进入步骤S19(图8所示的异常时程序)，即，在实际加水率和指令加水率不相等时(需要某种程度的容许范围)，作为装置异常进入异常时程序。
在步骤S8中判断是否快速地进行切换，在否时返回步骤S1。在进行了快速切换时进入步骤S23(图9所示的快速切换程序)。即，在有快速切换的指令时，进入快速切换程序。(该快速切换程序，在停止时·反冲(机器反转时)等的预定外的引擎控制时使用。另外，在不适宜使用乳化燃料的低速时等的低速区域，也可以使用该快速切换程序，自动地解除乳化燃料供给。)从主程序的步骤S3进入步骤S9时，即，在进入图4所示的子程序时，执行如下的功能。在步骤S9中向控制部分13输入从燃料箱10向混合器14输送的油量、剩余燃料的量、剩余燃料的实际加水率。在以下的步骤S10中，根据油量·剩余燃料的量和实际加水率·指令加水率算出注水量，向水泵(水用控制部分)15发出指令。在以下的步骤S11中开始稳定时间的计时。(该稳定时间，根据从混合器14到喷射泵42的配管的容量[ml]/乳化燃料的输出量[ml/sec)求得。代之，还可以累计乳化燃料的输出量[ml/sec]，测定直至该累计算出的输出量超过从混合器14到喷射泵42的配管的容量[ml]的时间)。接着，进入步骤S12(图7所示的延迟时间计算程序)，开始延迟时间的计算。(在转速稳定时，因为PID控制的控制系数的变化小，所以此时可以省略延迟回路。另外，在指令加水率的变化率小，转速的变化少时也同样省略)。并且进入步骤S4。
在从主程序的步骤S4进入步骤S13时，即，在进入图5所示的控制参数变更程序时，如以下那样执行功能。在步骤S13中，根据PID控制，对应引擎转速的变化，改变用于增减燃料中的油量的参数。如果把在某时刻检测出的实际的引擎转速和指令转速的差设置为En，则根据该被检测出的En，由Pn+In+Dn确定应该增减的油量。根据该Pn+In+Dn实际增减的油量，在实际加水率为x％时，是(Pn+In+Dn)×{1/(1+x/100)}。为了把它修正为适宜的值，通过把与比例部分、积分部分、微分部分有关的各常数Kp、Ki、Kd扩大{1+(x/100)}倍，确定此时的Kpn、Kin、Kdn，用它确定应该增减的油量。由此，可以和实际加水率无关地使增减的油量相同。(也可以代替实际加水率，使用指令加水率改变常数。另外，在使用乳化燃料时，即使是同量的油由于加水而爆发能量变化大时，也可以选择与实际加水率对应的预先设定的控制参数。)在接着的步骤S14中，为了抑制引擎转速伴随实际加水率(指令加水率)的变化的变动，而调节乳化燃料的量。而后，进入步骤S5。
在从主程序的步骤S5进入步骤S15时，即，在进入如6所示的指令加水率调整程序时，如以下那样执行功能。该程序，不使指令加水率迅速改变到目标加水率，而逐渐改变地调整指令加水率，使得转速不产生大的变化。在步骤S15中判断指令加水率是否等于目标加水率，在等于时进入步骤S6，在不等于时进入步骤S16。在步骤S16中，增减c％的指令加水率。该c％被设定在转速变化不大的范围内。在接着的步骤S17中，如果在指令加水率增减c％的状态下是在目标加水率以下，则进入步骤S6，如果超过目标加水率则进入以下的步骤S18。在步骤S18中，是指令加水率超过目标加水率的情况，并把指令加水率设置为目标加水率。而后，进入步骤S6。
在从主程序的步骤S6，或者步骤S7进入步骤S19时，即，在进入了图8所示的异常程序时，如以下那样执行功能。在步骤S19中，判断实际加水率是否超过了上限加水率，在超过了上限加水率的情况下进入步骤S23(图10的快速切换程序)，在未超过时进入步骤S20(图9所示的注水停止程序)。在未超过该上限加水率时没有不发火的可能性，但因为实际加水率不能控制，所以进入注水停止程序。
在注水停止程序的步骤S20中，指令水泵部分(水用控制部分)注水停止。具体地说，把指令加水率设定为0％，或者关闭截断阀33，或者使水泵15停止。而后，进入以下的步骤S12(图7所示的延迟时间计算程序)。在步骤S12中，和上述一样地开始延迟时间的计时，进入以下的步骤S21．在步骤S21中，判断是否经过了延迟时间，在经过了延迟时间后进入上述的步骤S13(图5所示的控制参数变更程序)。而后执行步骤S13、步骤S14后进入步骤S22。在步骤S22中，判断实际加水率是否大致等于0，在未大致等于0时返回步骤S12，在大致等于0时结束注水停止。
在从主程序的步骤S8，或者从异常程序的步骤S19进入步骤S23时，即，在进入了图10所示的快速切换程序时，如以下那样执行功能。在步骤S23中，指令水泵部分(水用控制部分)注水停止，把指令加水率设定为0％。在以下的步骤S24中，发出使循环回路48的乳化燃料流入缓冲箱50，或者流入水系统的退避指令。(在退避结束时使循环回路48恢复原状。进而，退避的乳化燃料，可以在油水分离器中处理，或者在其他的装置，例如，在锅炉等中燃烧。)而后，进入以下的步骤S12(图7所示的延迟时间计算程序)。在步骤S12中，和上述一样开始延迟时间的计时。而后，进入步骤S25。在步骤S25中，在等待经过被计算出的延迟时间之后，进入上述步骤S13(图5所示的控制参数变更程序)。在步骤S13、接着的步骤S14中，和上述一样地执行功能。而后结束快速切换。
以上说明的实施例和上述第1～第8方案的概略的对应关系如下。
第1方案，如上述主程序的步骤S2所述，因为设定目标加水率a％，根据该目标加水率控制提供给混合器的水量，所以可以控制不发火而降低NOx。
另外，第2方案，如在上述控制参数变更程序中所述，因为调节乳化燃料的量，所以可以和只用油运转一样地控制引擎的转速。而后，如在延迟时间计算程序中所述，因为把延迟时间考虑在内进行乳化燃料的喷射，所以可以确实得到控制。
另外，第3方案，如上述子程序的步骤S9、步骤S10所示，在乳化燃料循环的系统中，把握来自循环回路的返回量，就可以控制实际加水率。
另外，第4方案，如变形例(图2的构成)所示，在乳化燃料循环的系统中，省略缓冲箱，可以使乳化燃料退避。
另外，第5方案和第6方案，如上述主程序的步骤S6、步骤S7、异常程序、注水停止程序、快速切换程序所示，在水系统异常时，不会引起不发火，可以尽可能地消耗循环回路内的乳化燃料。这与使乳化燃料退避到缓冲箱相比，在不必解决由于经过时间而油和水分离的问题这点上很理想。
另外，第7方案，如上述控制参数变更程序、延迟时间计算程序所示，因为加水率的精度高，所以在改变乳化燃料的实际加水率时，可以降低引擎转速的变化。
另外，第8方案，如上述主程序的步骤S5、指令加水率调整程序所示，在改变目标加水率时，因为逐渐使实际加水率接近目标加水率，所以在改变乳化燃料的实际加水率时，可以降低引擎转速的变化。
权利要求
1．一种向引擎提供乳化燃料的乳化燃料供给装置，包括燃料箱，它用于存储油；喷射阀，它用来向汽缸内喷射油；加压循环泵，它用来向上述喷射阀压送油；喷射泵，它用来控制从上述喷射阀喷射出的油的量；控制部分，它用来控制该喷射泵；混合器，它被设置在上述喷射泵和上述燃料箱之间用于混合油和水；以及水泵，它用来向该混合器提供水；其特征在于与引擎的状态，或者，负荷状态相应地设定在降低氮氧化物(NOx)的同时可以降低不发火可能性的目标加水率，根据该目标加水率，控制提供混合器的水量。
2．如权利要求1所述的乳化燃料供给装置，其特征在于在上述负荷变动大时，将上述目标加水率设定得比上述负荷的变动小时还低，或者在引擎转速低时，将上述目标加水率设定得比引擎转速高时还低。
3．一种向引擎提供乳化燃料的乳化燃料供给装置，包括燃料箱，它用于存储油；喷射阀，它用来向汽缸内喷射油；加压循环泵，它用来向上述喷射阀压送油；喷射泵，它用来控制从上述喷射阀喷射出的油的量；控制部分，它用来控制该喷射泵；混合器，它被设置在上述喷射泵和上述燃料箱之间用于混合油和水；以及水泵，它用来向该混合器提供水；其特征在于上述控制部分进行PID控制，在用乳化燃料运转时，根据指令加水率改变控制参数使得引擎转速与只用油运转一样地加减。
4．如权利要求1所述的乳化燃料供给装置，其特征在于根据实际加水率改变上述控制参数。
5．如权利要求3，或者4所述的乳化燃料供给装置，其特征在于变更上述控制参数，使得和上述实际加水率或者上述指令加水率的变更无关，包含在乳化燃料中的油量成为相同。
6．如权利要求3，或者4所述的乳化燃料供给装置，其特征在于上述控制参数的变更，在上述实际加水率变化后的乳化燃料从喷射泵喷射到汽缸内时进行。
7．一种向引擎提供乳化燃料的乳化燃料供给装置，包括燃料箱，它用于存储油；喷射阀，它用来向汽缸内喷射油；加压循环泵，它用来向上述喷射阀压送油；喷射泵，它用来控制从上述喷射阀喷射出的油的量；控制部分，它用来控制该喷射泵；混合器，它被设置在上述喷射泵和上述燃料箱之间用于混合油和水；以及水泵，它用来向该混合器提供水；其特征在于具备把喷射泵的剩余燃料送到混合器的前级的循环回路，设置检测上述剩余燃料的量的量检测机构，根据上述剩余燃料的量及实际加水率、新从燃料箱送到混合器的油量、指令加水率，算出要新加的水量。
8．如权利要求7所述的乳化燃料供给装置，其特征在于上述量检测机构，是从设置在上述循环回路中的流量发送器，或者是从控制部分的输出或者引擎转速算出消耗的乳化燃料的量，从被送到喷射泵的流量中减去消耗的乳化燃料的量的计算单元。
9．如权利要求7所述的乳化燃料供给装置，其特征在于上述剩余燃料的实际加水率，使用在剩余的乳化燃料生成时的指令加水率(实际加水率)，或者由设置在上述循环回路上的加水率检测器检测出的实际加水率。
10．一种向引擎提供乳化燃料的乳化燃料供给装置，包括燃料箱，它用于存储油；喷射阀，它用来向汽缸内喷射油；加压循环泵，它用来向上述喷射阀压送油；喷射泵，它用来控制从上述喷射阀喷射出的油的量；控制部分，它用来控制该喷射泵；混合器，它被设置在上述喷射泵和上述燃料箱之间用于混合油和水；以及水泵，它用来向该混合器提供水；其特征在于具备把上述喷射泵的剩余流量连接在上述混合器前级上的循环回路，形成为使该循环回路内的乳化燃料可退避到水管路。
11．一种向引擎提供乳化燃料的乳化燃料供给装置，包括燃料箱，它用于存储油；喷射阀，它用来向汽缸内喷射油；加压循环泵，它用来向上述喷射阀压送油；喷射泵，它用来控制从上述喷射阀喷射出的油的量；控制部分，它用来控制该喷射泵；混合器，它被设置在上述喷射泵和上述燃料箱之间用于混合油和水；以及水泵，它用来向该混合器提供水；其特征在于具备把上述喷射泵的剩余流量连接在上述混合器前级上的循环回路，在不能控制实际加水率时，停止水供给，而在实际加水率在上限加水率以下的情况下，不使上述循环回路的乳化燃料退避地，使用该乳化燃料。
12．一种向引擎提供乳化燃料的乳化燃料供给装置，包括燃料箱，它用于存储油；喷射阀，它用来向汽缸内喷射油；加压循环泵，它用来向上述喷射阀压送油；喷射泵，它用来控制从上述喷射阀喷射出的油的量；控制部分，它用来控制该喷射泵；混合器，它被设置在上述喷射泵和上述燃料箱之间用于混合油和水；以及水泵，它用来向该混合器提供水；其特征在于具备把上述喷射泵的剩余流量连接在上述混合器前级上的循环回路，在不能控制实际加水率时，在停止水供给的同时，调节被导入上述混合器的剩余燃料的量，使得实际加水率在上限加水率以下。
13．一种向引擎提供乳化燃料的乳化燃料供给装置，包括燃料箱，它用于存储油；喷射阀，它用来向汽缸内喷射油；加压循环泵，它用来向上述喷射阀压送油；喷射泵，它用来控制从上述喷射阀喷射出的油的量；控制部分，它用来控制该喷射泵；混合器，它被设置在上述喷射泵和上述燃料箱之间用于混合油和水；以及水泵，它用来向该混合器提供水；其特征在于在乳化燃料的指令加水率或者(实际加水率)变更时，根据上述指令加水率(实际加水率)，上述控制部分通过上述喷射泵增减被喷射的乳化燃料量，使得爆发能量为一定。
14．如权利要求13所述的乳化燃料供给装置，其特征在于上述控制部分根据实际加水率，通过上述喷射泵增减被喷射的乳化燃料量，使得爆发能量为一定。
15．如权利要求13、14所述的乳化燃料供给装置，其特征在于在上述指令加水率或者实际加水率的变更时，增减乳化燃料，使得油的量为一定。
16．一种向引擎提供乳化燃料的乳化燃料供给装置，包括燃料箱，它用于存储油；喷射阀，它用来向汽缸内喷射油；加压循环泵，它用来向上述喷射阀压送油；喷射泵，它用来控制从上述喷射阀喷射出的油的量；控制部分，它用来控制该喷射泵；混合器，它被设置在上述喷射泵和上述燃料箱之间用于混合油和水；水泵，它用来向该混合器提供水；其特征在于在最适宜氮氧化物(NOx)的降低的目标加水率变更了时，使实际加水率逐渐接近目标加水率。
全文摘要
乳化燃料供给装置包括:燃料箱10、喷射阀11、加压循环泵12、控制油的量的喷射泵42、控制部分13、混合器14、水泵15,在这种乳化燃料供给装置中,设定可以降低NOx和不发火的目标加水率,根据该目标加水率,控制提供给混合器的水量。控制部分进行PID控制,根据指令加水率改变控制参数,使得可以和只用油的运转时同样地加减引擎转速。由此,可以降低NOx,并可以降低不发火的可能性。不管是乳化燃料、油,都可以同样地控制引擎转速。
文档编号F02M37/00GK1287219SQ00118789
公开日2001年3月14日 申请日期2000年6月29日 优先权日1999年6月29日
发明者岸本功, 土井昭晴, 山本浩司, 伊藤宙, 冈田真典, 天野幸夫 申请人:株式会社纳博克