JPH0429870B2 - - Google Patents

Description

明細書 本発明は、気化器または噴射器を介して燃料に
混合される燃焼用空気に液状燃料を分布する方法
に関する。

ガスの小さい溶解度のため低い圧力または高い
温度では過飽和の状態でガスを溶解している液体
が、周囲圧力の急激な低下または急速な温度上昇
の際、溶解しているガスを自動的に遊離して泡立
つか、同時に噴射する場合微滴に分散することは
公知である。

他方噴射と加熱による部分的蒸発および渦形成
によつて液状燃料を燃焼用空気に分布することは
公知である。これらの混合手段はすべていわゆる
気化器または噴射ノズルまたはバーナノズルの後
で作用し、その際渦区域および燃料または燃料−
空気混合気を供給する燃焼室または爆発室の特別
な構成と位置によつて、均一かつ強力な混合が行
なわれるようにする。しかしこれらすべての手段
は完全に均一で非常に微細な燃料分布を行なうに
は不充分なので、燃料の一部が未燃焼でまたは分
解して一酸化炭素または炭素として燃焼室を出る
か、過剰な空気の供給の際は窒素酸化物を形成し
て無益に消費され、有害な廃ガスが放出される。

本発明の課題は、燃焼用空気への燃料の分布を
著しく均一にかつ微細に行なう方法および装置を
開示して、前記の方法の欠点を少なくし、高い効
率、少ない有害物質、確実な点火したがつて機関
におけるわずかな始動の困難さおよび機関におけ
るわずかなノツク傾向をもつ良好な燃焼を行なう
ことができるようにすることである。

この課題を解決するため本発明によれば、燃料
にガスとして炭酸ガス、水素または酸素を、混合
の際燃焼用空気の混合圧力および混合温度状態に
おけるより高いガス溶解度が与えられるような溶
解圧力および溶解温度状態で、混合圧力および混
合温度状態における飽和量比を超過するような量
比で溶解し、この溶解を気化器または噴射器へ供
給する。

こうして本発明により使用されるガスとしての
炭酸ガス、酸素または水素により、液状燃料の燃
焼が改善され、燃焼中における炭素粒子の生成は
著しく少なくなる。

本方法は爆発状燃焼にも連続燃焼にも使用され
る。使用に応じて異なるガス−燃料溶液が特に有
利に使用される。

すなわち負圧気化器と共に使用する場合、高い
溶解度のガス例えば炭酸ガスをガソリンに溶解す
るのが有利である。

さらに燃焼の困難な液体例えばデイーゼル油ま
たは重油を燃焼する場合、特に点火助剤として水
素を使用するのが有利である。

炭素含有量の比較的高い燃料例えばベンゾール
を燃焼する場合、酸素の溶液が有利である。

供給技術上最低の費用は、現場で比較的小さい
圧縮機により発生される圧縮空気を使用するとき
与えられる。この目的のために充分な空気量は、
特に燃料が数気圧の圧力で飽和しているときに溶
解される。

種々のガス、例えば始動または低温の際例えば
炭酸ガス、また連続運転のために空気で切換え運
転または混合運転すると、使用燃料の技術的効果
および経済性に関して有利な組合わせが生ずる。
ノツクの傾向がある困難な運転条件でも、炭酸ガ
スの使用を比較的多くすることができる。

ガスを溶解する装置は、そのつど燃料導管へ簡
単に挿入できる閉じた単位体である。有利な構成
では、装置の制御は燃料流量および得られる飽和
の内部基準に基いて行なわれる。

例えば機関において流れが強く変化する場合、
飽和する装置の制御のために燃料分配器の既存の
制御基準が使用される。

本方法を実施する装置および公知の内燃機関お
よび燃料装置への挿入が、第１図ないし第７図に
示されている。

第１図は燃料へガスを溶解する装置の概略図を
示し、 第２図は第１図の装置の別の混合器を示し、 第３図は第１図の装置のさらに別の混合器を示
し、 第４図はデイーゼル機関への第１図による装置
の接続を示し、 第５図は噴射機関への第１図による装置の接続
を示し、 第６図は加熱バーナへの第１図による装置の接
続を示し、 第７図はジエツト推進機構への第１図による装
置の接続を示している。

第１図に示されているガスを燃料に溶解する装
置は噴射混合器１１を含み、この混合器のノズル
１２は導管１３を経て燃料を供給される。ノズル
１２を包囲する混合室３１１へ、ガス、ここでは
炭酸ガスまたは水素が導管３１を介して供給され
る。混合器１１には垂直に立つ円筒状管１５が続
き、この管の渦区間１６３で燃料中にガス気泡が
分解する。渦区間１６３の高さｈが直径の約２倍
であり、最大燃料流量において気泡が上部範囲へ
達した際実質的に完全に溶解するように、管１５
が寸法を定められている。溶解しないガスは管１
５の上端の上方にある混合円蓋１６１に集まる。
混合円蓋１６１から下方へ管１５に対して同心的
にハウジング１６が延び、ハウジング１６と管１
５との間の導出区間１６４に、最大流量において
燃料の下降速度が場合によつては存在する残留気
泡の上昇速度より小さくなるように、ハウジング
１６の直径が選ばれている。ハウジング１６の下
端に燃料導管１７が接続されて、いわゆる気化器
または噴射装置へ通じている。

添加されるガス量の正しい配分を最適に監視す
るために、ハウジング１６はガラスまたは少なく
とも一部ガラスから作られている。

燃料ポンプ４１をもつタンク４０からフイルタ
４２を経て公知のように圧力をかけられて燃料導
管１７により供給される。

公知の機関および燃焼装置では接続部１７１ｄ
（第４図ないし第７図）が接続される接続部１７
１ａには、接続部１７１ｂおよび１７１ｃをもつ
装置が挿入され、導管１７および１３には逆止弁
４４が組込まれて、燃料の飽和状態を保つためハ
ウジング１６内の圧力が常に維持されるようにし
ている。

炭酸ガスは耐圧びん２０から減圧弁２１を経て
混合導管２６へ供給され、他方圧縮機２３により
圧縮空気が空気だめ容器２２へ充満され、減圧弁
２５を経て同様に混合導管２６へ供給される。こ
のような圧縮空気装置は例えば貨物自動車には既
に存在する。所要空気が比較的わずかなため、乗
用車に対しては圧縮機をもつタンクで空気だめ容
器を満たせば充分であり、または小さい別体の圧
縮機を設けることができる。

混合導管２６における圧力の監視のために圧力
計２７が用いられる。弁２８は運転信号により配
分装置２９へ至る混合導管２６を開き、配分装置
２９から逆止弁３０を介して導管３１が混合器１
１へ通じている。前記構造部分の構成に応じて、
特別の構成素子に一体化してその機能を実施する
こともできる。運転しない状態で配分装置２９が
閉じる場合には、弁２８が不要になる。常に共に
回転する特別な圧縮機２３が設けられている場合
には、さらに空気だめ容器２２も省略される。圧
縮機２３が制御可能であれば、これが配分装置２
９の機能を引受けることもできる。

例えば加熱バーナにおけるように一定の燃料流
が必要な場合、例えば混合円蓋１６１へ達する前
に観察される気泡分解により、配分装置を一度設
定すればよい。しかし圧力計４６または気泡検知
器例えば浮子または図示したように光電装置５
０，５１により観察を行なうこともでき、それに
より配分の調整を自動的に行なうこともできる。
このため信号導線４６１または５１１が調整装置
Ｒへ導かれ、その信号が混合器１１の出口におけ
る気泡流に比較してわずかな気泡流の存在に相当
する所定値と比較され、差信号により配分装置２
９が導線２９１を介して付勢される。

燃料消費が強く変動する場合、混合円蓋１６１
から別の配分装置４５を経てタンク４０へ至る戻
り導管４７を設けるのが有利である。通常運転に
比較して大きい気泡が混合円蓋１６１にたまると
きこの配分装置４５が開かれるが、これは光電装
置５０，５１の信号を適当な大きさの比較値と比
較することにより自動的に導線４５１を経て調整
するようにして行なわれる。

燃料流量に関係するガス流量の制御は、調整装
置Ｒの入力導線６０ｂ，６４ｂにおける配分信号
を規定することによつても行なうことができ、調
整を付加的に行なう場合、調整偏差の前記の差信
号が調整装置へ供給される。

気泡が渦区間１６３を通過するのに特定の時間
を必要とするので、ハンチング（乱調）を回避す
るため設定信号に対して調整装置に適当な遅れを
与えることが必要である。

所要燃料量が非常に大きい場合、全高を大きく
しないため、管１５をもつ複数の混合器１１を並
列にハウジング１６内に収容するが、噴射ノズル
１２の代りに他の混合器を設けるのがよい。

第２図には混合器１１の別の構成が示され、こ
の混合器は混合室３１２へ入る微小気泡のガスが
通る微孔をもつ焼結プラグ３１４を備えている。
焼結プラグは管１５の底に偏平に設けることもで
き、この底の上側方から燃料が入る。

第３図には公知の静混合器からなる混合器１１
２のさらに別の構成が示され、この混合器の混合
室３１３にガスと燃料が供給される。

種々の混合器１１，１１１，１１２の選択は、
１対の選ばれるガスと燃料およびその性質に応じ
て、特に微孔またはノズルの汚れまたはふさがり
に関して行なわれる。さらに場合によつては非常
に異なる流量が生ずる場合の混合能力も選択基準
である。

第２図および第３図による装置の接続部には、
第１図における接続部と同じ符号をつけてある。

ガスの溶解は一般に約２気圧から始まる圧力で
行なわれるが、もつと高い圧力の方がよい。しか
し気化器付き機関の気化器が負圧を受けない装置
の後に接続されている場合、飽和のためよく溶解
するガス例えば炭酸ガスが選ばれる。そのとき負
圧によりいわゆる気化過程において過飽和状態に
生じて、燃料の微細な分布を行ない、続く混合気
の加熱の際燃料と空気からシリンダ壁による加熱
により、ガスがさらに遊離され、したがつて微滴
が分裂する。

第４図には、装置がデイーゼル機関６３でどの
ように使用されるかが示されている。約10気圧で
飽和したデイーゼル油と空気または炭酸ガスの溶
液が噴射ポンプ６０へ供給され、このポンプから
噴射ノズル６１を通つて燃焼室６２へ達する。

圧縮された空気は場合によつてはシリンダ壁に
より付加的に加熱されて高い温度をもつので、高
い圧力にもかかわらずガスの溶解度以上になつて
おり、出ていくガスにより溶液の微細な霧化が行
なわれる。これにより特に冷間始動性が著しく改
善され、したがつて始動の際よく溶解する炭酸ガ
スによる飽和が推奨される。機関が暖まると、効
率を改善しかつ有害物質およびすすの形成を少な
くするため、空気による飽和で充分である。

機関温度に関係して炭酸ガスおよび圧縮空気用
の弁２１および２５を切換えるのがよい。

ガス流の配分すなわち配分装置２９の制御のた
めに、信号導線６０ｂを介して噴射ポンプ６０の
配分制御導線６０ａから制御信号が調整装置Ｒま
たは配分装置２９へ直接供給される。

第５図には噴射機関６７が示され、その燃料分
配器６４には飽和した溶液が供給され、この分配
器から噴射ノズル６５へ導かれる。同時に吸入さ
れる燃焼用空気は溶液よりもかなり低い圧力をも
つているので、遊離するガスにより溶液の自動的
な霧化が行なわれ、それにより燃焼および冷間始
動性が改善される。したがつて燃料と燃焼用空気
の混合比は、この種の公知の機関におけるより低
い過剰空気に設定することができ、それにより効
率がさらに高まり、有害物の発生が減少する。

炭酸ガスが燃料に溶解すると、溶液の耐ノツク
性が純燃料より高められる。これは付加的な有利
な効果である。

配分装置２９の制御信号は燃料分配器の制御信
号により生じ、この信号は導線６４ｂを経て導線
６４ａから取出される。

第６図には加熱バーナが示され、その燃料導管
にある制御弁７０の前にガスの溶解装置が設けら
れている。圧力を受けている溶液がバーナノズル
７１から燃焼用空気へ入ると、遊離する空気によ
り燃料が分散して空気流と混合する。この効果は
火炎区域７３から混合区域７３１への反射によつ
て強められる。なぜならば加熱によりさらにガス
が遊離されて、微滴を再び分離するからである。

燃料の微細な分布により火炎は実質的にすすな
しに燃焼するので、後に接続される熱交換器にす
すの沈積がおこらず、それにより加熱装置の効率
が公知の加熱装置よりさらに改善される。

本方法は燃料油および重油にも燃料−有害物質
混合物にも適している。溶液の点火能力をさらに
改善するために、可燃ガス例えば水素、天然ガス
またはプロパンガスを燃料に溶解することができ
る。

燃料流は一定なので、ガス量の配分は固定的に
設定され、これにより装置が非常に簡単になる。

第７図はジエツト推進機構８３を示し、その燃
料供給導管にガスの溶解装置が挿入されている。
ノズル８１の供給圧力は比較的高いので、多量の
ガスを燃料に溶解して、混合区域８１における滞
在中に燃料の分布を著しく改善することができ
る。これには火炎区域８２から混合区域８１へ至
る放射熱が付加的に寄与し、混合区域がガスの遊
離により燃料微滴の再度の分割を行なう。実質的
にすすのない燃焼と効率の上昇がそれにより達せ
られる。

燃料の飽和には、特に炭酸ガスがその高い溶解
度のため適し、また可燃ガスが推進機構の故障を
大幅に防止する良好な点火能力のため適してい
る。

ガス流の配分のために、この装置でも制御信号
が燃料配分装置から調整装置Ｒへ供給される。可
燃ガスまたは酸素含有量の高いガスを使用する
と、公知の安全技術構造手段を考慮することがで
きる。これらの場合、配分装置４５を経てガスを
排出する必要がない大きさに、渦区間１６３が設
計される。

図示したものおよび別の類似な使用事例におい
て本発明による装置の最適な構成は、図示した細
部の適当な組合わせまたは燃料とガスの適当な組
合わせの選択によつても行なうことができる。燃
料をガスに溶解する図示した装置は、それが方法
の要求に適切な解決策を与える限り、他の等価物
に代えることもできる。

ガス流の配分制御信号および対応する調整装置
は、与えられた燃料の配分装置に応じて、電子
的、機械的、空気圧的等に構成することができ
る。噴射制御に用いられる時間パルスは、電磁制
御可能な弁を使用する場合、配分装置の制御にも
利用される。軸の回転により噴射ポンプを動かす
別の構成では、この回転は直接またはカムを介し
て機械的に動作する配分装置へ作用する。別の構
成によれば、回転は検知器例えばポテンシヨメー
タにより電気信号に変換されて、電子制御または
調整装置に供給される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 液状燃料を気化器または噴射器を介して燃焼
   用空気に混合する方法において、燃料にガスとし
   て炭酸ガス、水素または酸素を、混合の際燃焼用
   空気の混合圧力および混合温度状態におけるより
   高いガス溶解度が与えられるような溶解圧力およ
   び溶解温度状態で、混合圧力および混合温度状態
   における飽和量比を超過するような量比で溶解
   し、この溶液を気化器または噴射器へ供給するこ
   とを特徴とする、燃料を燃焼用空気に分布する方
   法。 ２ 燃料を溶液圧力および温度の状態においてガ
   スで完全に飽和することを特徴とする、特許請求
   の範囲第１項に記載の方法。 ３ 溶液圧力を混合圧力により数気圧高くし、溶
   液温度と混合温度をほぼ同じにするか、混合温度
   を溶液温度より高くすることを特徴とする、特許
   請求の範囲第１項または第２項に記載の方法。 ４ 溶液温度を周囲温度に等しくし、燃焼熱の供
   給または燃焼室の壁により混合温度をそれより高
   くし、溶液圧力および混合圧力をほぼ同じ標準圧
   力とするか、混合圧力を標準圧力より低くするこ
   とを特徴とする、特許請求の範囲第１項または第
   ２項に記載の方法。 ５ 燃料とガスを連続的に特定の量比でまたは溶
   解能力に応じて配分して、上に渦区域１６３と混
   合円蓋１６１をもつ混合器１１，１１１，１１２
   へ供給し、この混合円蓋から導出区域１６４へ導
   出し、そこから気化器または噴射器６１，６５，
   ７１，８１へ供給し、気泡の流れが混合円蓋１６
   １へ達する前に大幅に分解されるように渦区間１
   ６３の大きさを定め、燃料の下降速度が気泡の上
   昇速度より低くなるように、導出区間１６４の断
   面の大きさを定めることを特徴とする、特許請求
   の範囲第１項ないし第４項の１つに記載の方法。 ６ 燃料をメタノール、アルコール、ガソリン、
   ベンゾール、燃料油、デイーゼル油、重油または
   燃料−有害物質混合物とすることを特徴とする、
   特許請求の範囲第１項ないし第５項の１つに記載
   の方法。 ７ 混合器１１が液状燃料をノズル１２を介して
   供給されまた炭酸ガス、水素または酸素をその上
   にある混合室３１１へ供給される噴射混合器であ
   るか、または焼結された多孔性分離層の一方の側
   へ炭酸ガス、水素または酸素を供給されまた分離
   層の他方の側にある混合室３１２へ液状燃料を供
   給される焼結プラグ混合器１１１であるか、また
   は炭酸ガス、水素または酸素および液状燃料を供
   給される混合室３１３をもつ静混合器１１２であ
   ることを特徴とする、燃料を燃焼用空気に分布す
   る装置。 ８ 流れの方向において混合器１１，１１１，１
   １２の後に渦区間１６３を含む管１５が設けら
   れ、この管１５の外側に円筒状ハウジング１６が
   導出区間１６４として設けられ、このハウジング
   の下方部分１６２に燃料導出管１７が接続されて
   いることを特徴とする、特許請求の範囲第７項に
   記載の装置。 ９ ハウジング内に複数の混合器１１，１１１，
   １１２と管１５が並んで設けられていることを特
   徴とする、特許請求の範囲第８項に記載の装置。 １０ 燃料がタンク４０からフイルタ４２および
   逆止弁４４を経て混合器１１，１１１，１１２へ
   供給され、ポンプ４１が溶液に圧力を与えること
   を特徴とする、特許請求の範囲第７項ないし第９
   項の１つに記載の装置。 １１ ガスが耐圧びん２０から減圧弁２１を経て
   または圧縮機２３から逆止弁２４および減圧弁２
   ５を経て、また配分装置２９を経て混合器１１，
   １１１，１１２へ供給されることを特徴とする、
   特許請求の範囲第７項ないし第１０項の１つに記
   載の装置。 １２ 配分装置２９が調整装置Ｒに接続され、こ
   の調整装置が入力側を圧力測定器４６または気泡
   検知器例えば浮子または光電装置５０，５１の光
   検知器５１に接続され、この光電装置がハウジン
   グ１６の混合円蓋１６１内における気泡の流れの
   強さを通報し、調整装置Ｒが配分装置２９を制御
   して、光電装置５０，５１の信号が混合器１１の
   出口における気泡流に比較して所定の低い気泡流
   の信号に相当する比較値と比較され、こうして生
   ずる差信号が制御量として用いられることを特徴
   とする、特許請求の範囲第１１項に記載の装置。 １３ ハウジング１６の混合円蓋１６１に、配分
   装置４５をもちかつタンク４０へ通ずる燃料戻り
   の導管４７が設けられ、気泡検知器が部分１６１
   における大きい気泡の存在を比較的大きい出力信
   号によつて通報するとき、燃料戻り導管４７が調
   整装置Ｒにより開かれることを特徴とする、特許
   請求の範囲第１１項または第１２項に記載の装
   置。 １４ ポンプ４１と気化器付き機関の気化器また
   は噴射機関の燃料分配器６４またはデイーゼル機
   関の噴射ポンプ６０との間の燃料導管１７の部分
   １７１ａ〜１７１ｄに設けられることを特徴とす
   る、特許請求の範囲第７項に記載の装置。 １５ 気化器、噴射ポンプ６０または燃料分配器
   ６４のような燃料配分装置に供給される制御量６
   ０ａ，６４ａが、制御量６０ｂ，６４ｂとして配
   分装置２９または調整装置Ｒへ供給されることを
   特徴とする、特許請求の範囲第１４項に記載の装
   置。 １６ ポンプ４１とバーナノズル７１との間の燃
   料導管１７の部分１７１ａ〜１７１ｄに設けられ
   ていることを特徴とする、特許請求の範囲第７項
   に記載の装置。 １７ ポンプ４１と推進機構ノズル８１との間の
   燃料導管１７の部分１７１ａ〜１７１ｄに設けら
   れていることを特徴とする、特許請求の範囲第７
   項に記載の装置。