JPS60209658A - 内燃エンジンのための燃料／水供給装置 - 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】 （ａ）産業上の利用分野 本発明はアルコール燃料で作動する内燃スチームエンジ
ンに関し１％に、気化燃料乞エンジンに供給するための
アルコール−水燃料装置に関する。

燃焼の際に過熱されたスチームがシリンダの中に生じて
上昇された圧力および温度をもたらす。より詳細には１
本発明は内部燃焼および外部バーナースチーム技術のユ
ニークな組合せであって特に熱エネルギ乞循環して自動
車および他の用途テ用いられろ高効率エンジン乞提供１
″る技術に関する。

（ｂｌ従来技術とその間屯点 通常のガソリンエンジンはオツトーサイクルとして知ら
れているように作動し、オツトーサイクルにおいては１
周知のように気化された燃料および空気の混合物が圧縮
の後に点火されてその後排気マニホルドおよびマフラー
系７通じて外部に排出される。しかしながらこのほうな
エンジンはかなりの量の熱および他のエネルギの損失７
生じ、したがって不満足な燃料−機械仕事量エネルギ変
換率をもたらす。第１に燃焼ガスはシリンダの中ニオイ
て約７ｋｙ／ｃＡ〜１４ｋｇ／ｃ１１（１００〜２００
ｐｓｉ　）の平均有効圧力ン生じるが、この圧力は代表
的には約１６５０’Ｃ（５０００’Ｆ）　という極めて
置い温度において達成されるものである。一般的にはシ
リンダおよびピストンの損傷乞防止するためにエンジン
のラジェータを介して消散されるこの余剰の熱量は未燃
焼のガソリン燃料のＢＴＵ換算エネルギにおいて約５５
パーセントに相当するものと見−積られている。

更に、燃料の完全燃焼に必要な適正な１ヒ学当量的比率
乞有する混合物は容易に点火することができず、したが
って通常は燃料の過剰なすなわち原燃料混合物が供給さ
れている。しかしこの原燃料混合物は部分的に燃焼した
あるいは未燃焼の炭素排出物を生じこれによって環境汚
染および一層の効率損失をもたらす。燃料の液滴２窒気
流中に貝接注入する従来技術の燃料噴射装置を代りに用
いることができる。この装置は通常のキャブレータより
もより効率的であるが１代表的には１．５ｍｍ（，０，
０５インチ）の直径の比較的太きな液滴の狂人により依
然として不完全な燃焼２生ずる。

上述の如き未然の燃料および冷却の工坏ルギ損失に加え
て、排気ガスは非常に熱くてしばしば８１６°Ｇ（１５
００°Ｆ）を越し更に熱エネルギ損失を尚める。央ばに
、排気マニホールドか加熱により赤熱し、排気パイプか
ら炎が出ているのを見かけるのはよくあることである。

これらの排気物により全ガソリン燃料エネルギの更に５
５％か損失となる。摩擦損失による損失を史に１０％見
槓ろと。

代表的なガソリン内燃エンジンの緒効率は約２０％程度
になる。

このようなガソリン燃料の内燃エンジンの過度に茜めら
れた作動温度とは全く対照的に１代表的す外燃スチーム
エンジンは約２８〜５５に９／ｄ（４００〜５００ｐｓ
ｉ）　の間のスチーム圧力に対して約２２７℃〜２４５
°Ｇ（４４０〜４７０°Ｆ）の間の温度で作動する。こ
のように１通常の外燃スチ７ムエンジンは必須のシリン
ダ圧力を生ずるが、大幅に低下された作動温反ヲもたら
し、これによりエンジン冷却および排出熱の損失を非常
に少なくする。

しかしながら、外燃スチームエンジンは最近の自動単に
用いるにおいて不適当ない（っがの欠点ケ有している。

第１にスチームを発生するための比較的嵩の大きなボイ
ラーを必要とする。更に、ボイラーを作動圧力まで加熱
するためには十分な時間乞必要とし、これによってエン
ジンの始Ｍｌｔ　’ｘ遅らせるとともに低負荷期間にお
いて装置を相対的により非効率的にする。

従来技術の外燃スチームエンジンはいず才ｔにしてもか
なり非効率的である。ランキンサイクルで作動するこの
ようなエンジンはボイラーの中に保肩されている水を加
熱しかつ蒸発するために燃料の燃焼を必要とする。発生
したスチームは所定の配管および制御系を通じてエンジ
ンシリンダに人る。ボイラー水の籾温が０°Ｃ（５２°
Ｆ）であると仮定すると、水を１００℃（２１２°Ｆ）
の沸点まで加熱するためには水１　ｋｇ当りＩＱＱＫｃ
ａｌ（水ｉ１ｂ当り１８０１３ｔｕ）の熱量２加えなけ
ればならず、またこの水ｗ　５５ｋｇ／１（５００ｐｓ
ｉ　）　の蒸気相に変換１−るｆ、Ｊｆ）には更に水１
ゆ当’）　２６０Ｋｃａｌ　（水１　ｌｂ当’）　１０
５０Ｂｔｕ　）の熱量を加えなければならない。更に５
代表的なスチームエンジンは少なくとも１．４　ｋｇ／
ｃｒｔｔ（２０ｐｓｉ）の蒸気を排出ｆろと仮定すると
、諾エンジン効率は４％となる。しかしながらボイラー
効率を含む他の損失を考慮していないのでこの効率４％
という数値でさえ楽観的な数字である。

本発明の内燃スチームエンジンは熱エネルギ損失を是正
するのに特に適した高効率のスチームぢよび内燃技術の
複合体を提供するものである。第１に、エンジン冷却シ
ステムのエネルギは水／アルコール燃料混合体を気化す
るために再循環される。この気「ヒされた燃料は急速に
燃焼するためにシリンダの中に最大限の圧力７生ぜしめ
ると同時に最大の平均有効圧力ンもたらす。水はシリン
ダの中に蒸気の状態で入り、この蒸気すすでに６５８に
’ｃａｌ　７ｋｇ（１１５０Ｂｔｕ／ｌｂ　）＋７）工
、ｙ　タルビ乞有Ｌ”ｉ（いろために、上述の如き例の
スチームエンジンにおいて圧力ｙｓｓｋｇ／ｉ　まで上
昇させるのに僅かに１２．６　Ｋｃａｌ　（５０Ｂｔｕ
）　（７）追加の熱量シカ必要トシない。再び排出圧力
が１．４ｋｙ／ｃｆｆｌ（２０ｐｓｉ　）でありまた冷
却エネルギのほぼ完全な再循環（実際には数パーセント
程度の再循環損失が一般的である）が行なわれると仮定
すると、１１８８％の熱効率が得られる。

更に本発明の燃料はほぼ完全に燃焼するために燃料エネ
ルギ損失がほとんどなくかつ環境汚染は最小比されろ。

本発明のエンジンの効率を更に改善するために、排気ガ
スを再循環してキャブレータ人口空気２約２６０’Ｃ（
５り０°Ｆ）まで予熱しスチーム燃焼シリンダサイクル
に加えるあるいはシリンダサイクル中で発生１−る必要
のある熱量を更に飄少することもできる。このようにし
℃排出損失はＦＪ１５％まで減少されろ。摩擦損失ン考
朦すると５０％以上の総効率を達成することができろ。

この効率は従来のガソリン内燃エンジンの効率の約３倍
、ディーゼルエンジンの効率の約２倍で、。

スチームエンジンの効率の１０倍以上となる。

本発明のエンジンの他の利点は、このエンジンが大部分
のアルコール７含む多（の異′つた燃料によって作動可
能であることである。すなわち、メタノール、エタノー
ル、イソプロノくノール、第５ブタノールおよびこれら
の水との混合物の叩き棹々の炭化水素のヒドロキシル誘
導体を用いろことができろ。好ましい燃料は有機廃物か
ら廉価に作ることのできるエタノールである。またエタ
ノールは水と低濃度で混合した場合でも燃焼を持続てろ
。この燃焼熱は水を蒸気に変えるかある（・は蒸気を過
熱する。

アルコールあるいはガソリン／アルコール混合物で作動
する内燃エンジンは良く知られている。

しかしながらガソリンにアルコールを混ぜるとガソリン
の沸点が低下し、ガソリン単独の場合に比較して低温度
での燃料ポンプにおけるベーノく一ロックすなわち蒸気
閉塞乞起こしやすり・。更に、ガソリン／アルコール混
合物に水を入れると混合物が２成分相に分離する。この
ように分離した燃料は一定の組Ｊ戎を有しておらずまた
キャブレータが最初に調節された組成と一致しないため
にエンジンに故障が生じる。

（Ｃ）発明の構成 本発明によれば、アルコール／水燃料が燃料室から第１
の熱交換器すなわち気ｒヒ装置に移送され、ここにおい
てエンジン冷却装置からの廃熱が燃料を気比する。つい
で燃料は、エンジンシリンダに入る前に適宜なバルブ、
開側１装置およびキャブノー夕を通過する。シリンダの
中ではアルコールが燃焼し水蒸気を過熱スチームに変換
する。アルコール含有量が高ければ尚圧および高温を生
じ、アルコール含有量が低ければより低圧低温になる。

６２．５％〜７０％（１２，５〜１４０　ｐｒｏｏｆ　
）のアルコールはガソリン燃料よりも優れた性能をエノ
ジンＶＣ与え、約４５％（９０ｐｒｏｏｆ　）までアル
コール濃度を１片下させてもガソリン燃料と同様の性能
乞発揮する。球い気候においてはエンジンの熱損失が大
きくなろために１乗物の各室を暖房する必要のある趨期
においては商いアルコール濃度か必要になる。

本発明の１芙施例においては、第１の熱交換器に電気的
な装置を設けて燃焼前にアルコール燃料乞加熱かつ気比
しこれによって燃料としてアルコールを用いた場合に起
る疎い時の始動問題を防止する。第２の実施例において
は、暖められたエンジン冷却剤が第１の熱交換器を通し
て循環され同様にアルコール燃料を気ｆヒさせろ。上部
の第１次ホットプレートを有する独特の２段階熱又換器
が分別蒸留乞最少１ヒしながら低濃度燃ｔ”ＩＹ気ｒヒ
するのに特に適している。また１通常の作動状軸にある
エンジンによって発生されろ熱い排気ガスの熱エネルギ
を用いて燃焼用望見を燃焼前に第２の熱交換器の中で加
熱するための装置も設けられる。

本発明によＪｔば、アルコール／水混合物は第１の熱交
換器に移送さｆｔ、電気加熱エレメントあるいは加熱さ
れたエンジン冷却剤からアルコール／水混合物に熱か伝
達される。第１０熱父換器においてはアルコール／水燃
料が気ｆヒされる。兄生じたアルコールおよび水の蒸気
はエンジンの人気マニホルドに通される。加熱された燃
料および蒸気の流過する全ての燃料系の構成要素は熱損
失乞最少比するために断熱される。

排気ラインに設けられた第２の熱交換器は人気マニホル
ドに流入する燃焼空気を加熱する。この結果１人気マニ
ホルドに流入する空気の温度は上昇し、第１の熱交換器
の中で発生した蒸気は燃焼前に気相の状態に維持される
。

本発明の目的は、アルコール／水燃料を気１ヒするため
の装置と燃焼に用いられる空気を加熱および加湿するた
めの装置と乞設けることによりアルコールで作動される
内燃エンジンの効率を向上１−ることである。

本発明の別の目的は、アルコールを燃料として作動され
る内燃エンジンの殊期の始動問題を克服するための装置
を提供することである。

（ｄｉ冥施例 第１−２参照すると、燃料はリザーバ１０に貯蔵されて
おり、この燃料は燃料ポンプ１４にょって圧力を受けて
いる導管１２を介してリザーバから引出される。前述の
ように、燃料はアルコール／水混合物であって、好まし
いアルコールはエタノールである。

燃料は導管１６を通って熱交換器である蒸気発生装置１
８に流入する。この時の燃料の圧力は約０、１４　ｋｇ
／ｆｆｌ　（２ｐｓｉ　）である。蒸気発生装置１８は
、第２図および第５図により明確に示されているように
、中空の容器又はシリンダ２ｏであって燃料の人口２６
および出口２８に加えて液体冷却剤の人口２２および出
口２４ン有している。

容器２０の中に設けられているのはヒータコア５０であ
ってこのヒータコアを介してエンジン冷却剤が循環して
いる。より詳しくは、内燃エンジン５２からの液体冷却
剤は水ポンプ５４によってホース５６ビ通って冷却剤の
人口２２へ循環されている。冷却剤はついでヒータコア
５０を辿り冷却剤出口２４乞流過した後にホース５８を
介してエンジン５２に戻っている。

容器２０の中には細長い棒状の電気的加熱エレメント４
０が設げられており、このエレメント４０はヒー、タコ
ア５０を呂囲する燃料の沖に浸漬されている。動力源（
例えば車のバッテリ）４２ＶＣよって作動される電気的
加熱エレメント４０はエンジン冷却剤からの熱乞補って
アルコール燃料を用いることによって起る寒期の始動問
題を排除する。

蒸気発生装置１Ｂとエンジンの蒸気キャブソータ４７と
の間に設けられたサーモスタット４４が加熱エレメント
４０および準備灯４８を制御する。

漣備灯は回路が作動していることを表示する。アルコー
ルおよび水の蒸気は燃料出口２Ｂを辿って。

蒸気キャブレータ４７に連結された要求バルブ４９と連
通する４盲５０に流入する。キャブレーク４７はエンジ
ンの人気マニホルド４６に連結されている。

例えば１．８ｋｇ（４ボンド）の圧力に設定されろ圧力
解放弁５４を安全弁として用いて容器２０の中に過剰の
圧力が生ずるの乞防止することができる。

容器２０の中の液体の燃料のレベルは燃料人口２６と連
携するバルブ５６およびフロート５８によって調節され
る。

作動において、燃料ポンプ１４は蒸気発生器１Ｂをヒー
タコア５０の頂部から約２．５ｃｗＬ（１インチ）下の
レベルまで燃料で満たす。これは蒸気乞過熱しまた全て
の液体を浸漬された加熱エレメント４０によって気化さ
せる目的を達成する。アルコール＃度が７０％あるいは
これ以下の場合には、エンジン冷却剤が作動温度まで加
熱された時に燃料の部分蒸留が生ずる傾向がある。温度
が７９°Ｃ（１７５°Ｆ）乞越すとアルコールは水に先
んじて蒸留される。これによって突気／燃料比のアンバ
ランスか生ずる。その後エンジンが作動温良に到達する
と残っている水が蒸発する。したがって、蒸気は最初は
燃料が濃くその後薄くなる。加熱エレメント４０および
ヒータコア５０の両１則に泪う液体の通路がこの問題を
解決する。

バルブ５４の如き圧力解放弁が全ての圧力容器に対して
設けることか法的に安来される。バルブンホース（図示
せず）に連結して燃料客器に還流するようにすることに
よって燃料の損失を防止しまた大部分の熱量を回収する
ことができる。通常バルブは使用されない。バルブによ
って排気乞行なう必要が生じた時は高濃度の燃料が使用
されていることを示している。燃料温度が低くなれば作
動温度は低くなる。

圧力スイッチ５９によって作動されろ加熱エレメント４
０は容器２０内の圧力が０．２１　ｋｇ／ｆｆｌ　（ろ
ｐｓｉ）　以下になると動作する。したがってエンジン
がコールドスタート（冷間始動）するときには加熱エレ
メントは作動する。非常に摩い時期で車内に熱暑必要と
しまた熱損失がかなりある時には加熱エレメントは連続
的に作動する。

実際に、エタノール／水燃料が燃焼した時に生ずる燃焼
熱は、蒸気１ｋｇ当り８２．１　ｃａｌ　（１４８ｂｔ
ｕ／ｌｂ　−ｖａｐｏｒ）の熱量を加えるだけで１００
℃、１ｋｇ／ｃ＋＋！（２１２下＋　１４．７　ｐｓ＋
　）の蒸気乞５１５°Ｃ＋　５５　ｋｇ／ｃｒｔｔ（６
００°Ｆ、５００ｐｓｉ）の加熱蒸気にする。もし普洩
のボイラ装置乞用いた場合には５２０ｃａｌ　（１２７
０ｂｔｕ　）　が必要である。膨張したスチームはピス
トンを動かして有用な仕事を行なわせる。好ましい実施
例において、排気ガスの温度および圧力は１３８°（：
、（２，８０°Ｆ　）　、　３．５　ｋｌｉ’／ｉ　（
、５０ｐｓｉ　）で２９６ｃａｌ（１１７’４ｂｔｕ　
）の熱含量すなわちエンタルピχ有している。

エタノールの引火点は２１°Ｃ（７０°Ｆ）である。こ
れはエタノールは２１℃以下の温度では層火しないこと
を意味する。このことは事故の際の安全性を示す。しか
しながら、燃料混合物の温度はほとんどの場合において
引火点以下であるため点火時の問題が生ずる。燃料を気
化することにより、エンジンが冷えており、蒸気が冷た
くまた引火点以下で凝縮している場合を除き、この点火
時の問題を解決する。

点火時の問題を解決するために始動燃料としてプロパン
を用いることができる。減圧弁および気化弁を有する小
さなタンク（図示せず）か蒸気発生器に０．４５ｋｇ（
１ボンド）の圧力でプロパン蒸気を供給する。アルコー
ル／水蒸気圧が０．４５　ｋｇ（１ポンド）以下である
限りプロパンは受け入れられる。蒸気圧がこれ以上にな
るとプロパンは流れない。しかしながらこの時点におい
てはエンジンは作動温度にガっておりまたキャプンータ
は最低限の温度である１００℃（２１２下）以上になっ
ている。

フロパンはアルコールおよび水と適合するために補助始
動燃料として選ばれた。プロパンはＸＰ２を発生器中で
加熱されて気化ラインのエレメントＹ加熱しまたアルコ
ールおよび水の蒸気が流れ始めろ時の凝縮を防止する。

１つの燃料から他の燃料への転換はゆつ（つと行なわれ
エンジンの性能を減することはない。異った燃焼の突気
−燃料比はソレノイドパルプ？作動する圧力コントロー
ルスイッチによって自動的に変えられる。

第１図に示されかつ第４図により詳細に示されているよ
うに、第２の熱交換器６０は隔壁６４によって隣接する
少な（とも２つの隔室ＡおよびＢに分割された室６２を
有しており、隔壁６４は呈６２の頂部から底部までかつ
室の１側部からほぼ他側部まで伸長している。

エンジンの排気マニホルド６６は排気バイブロ８によっ
て隔室の１つ（Ｉ（’ｌｌえばＡ）の中の排気ガス人ロ
ア０に連結されている。排気バイブロ８に戟べて大きな
円周長を有する熱伝達チューブ７２か隔室Ａｉ画定する
隔壁６４０面に浴って室の中を（− 伸長して隔室Ｂに入り更に大気と連通する排気ガス出口
まで延在している。

隔室Ｂの中の排気ガス出ロア４に隣接する望見人ロアロ
が燃焼望見乞室６２の中に導ひき隔室Ｂ。

隔室Ａ７通して空気量ロアＢまで流動させる。空気量ロ
ア８はホース８０によってエンジンの気１ヒカビュレー
タ４７に連結されている。

エンジンの作動中において、熱い排気ガスは第２の熱交
換器６０の熱伝達チューブ７２．ＶＡ室Ａお！びＢを通
って流れこの熱交換器中を反対方間に流動する燃焼空気
を・加熱する。熱伝達チューブ７２は相対的に大きな円
周長を有しているために。

呂囲する燃焼空気と接触するチューブフン０表面槓は太
き（、チューブ内を貫流するＵ１気ガスと燃焼空気との
間では最大の熱伝達が達成される。第２の熱交換器６０
の第２の実施例ににいては、多数の熱伝達チューブを隔
ｇＡとＢとの間に延在させることができる。

加熱された燃焼空気は望見出ロアＢを通って気ｒヒキャ
ブＶ−夕４７に連結されたホース８０に達する。加熱さ
れた空気はその後人気マニホルドに流入する。加熱され
た空気は、第１の熱交換器１８によって発生されたアル
コールおよび水の蒸気と混合すると、アルコールおよび
水で飽和されろ。

同様に、加熱された空気はアルコール／水燃料の気１ヒ
された状輻乞維持する助けｔする。

気ｒヒした燃料からの湿分はエンジンシリンダ中に蒸気
を生じさせ、この蒸気は、水対蒸気の容積（膨張比が１
　：　１６００であるために、加熱さｔ’ｔた乾いたガ
スの場合におけるよりも高い内部圧力乞発生する。これ
に対して乾いたガスはその絶対温度にのみ比例して膨張
する。この↓うに、昇温されたエンジンシリンダの中に
蒸気が任在するために燃焼時に大ぎな膨張力が実現され
る。装置に対して蒸気の形態の水乞加えることは排出物
の発生を減少するという付加的な効果も生ずる。これは
凝縮した水の冷却効果が燃焼部［’ｆ下げこれてよって
温度に比例して生ずる窒素酸化物の発生量を減少させる
ことによる。

蒸気発生器２０および人気マニホルド４６から流れるア
ルコール蒸気の体積は操作者によって手動でコントロー
ルすることかできる。図示のようにサーモスタット４４
も調節可能である。したかつて燃料装置は異った沸点を
有するアルコール乞用いろことができる。更に、装置は
高さの変動によって周囲温度の変化および圧力変ｆヒに
適応１−ることかできろ。６００Ｃ〜１０４°Ｃ（１４
０〜２２［Ｊ’Ｆ）の範囲内で゛調節可能なサーモスタ
ットか本発明において使用するのに適当である。

過熱された蒸気かシリンダの中で発生てろので。

本発明は基本的には内燃スチームエンジンである。

ガソリン燃料に比較して己囲圧力における低い温度が商
い効率と十分なエネルギの１ｌｌｊ　ＦＪ’ａ？生じせ
しめろ。アルコールの燃焼特性が最少の汚染、より少な
いエンジンの間柱および装置のより長い寿命を生ずる。

低いシリンダ温度はまたエンジン冷却システムにより少
ないエネルギが移送されろことを意味する。したがって
、大気に対してエネルギ乞放出する大きなラジェータを
必要としない。このかわりに燃料の中に浸漬された小さ
な装置で十分である。

更に、このエネルギを放出するのではなく、燃料を加熱
するために再循環される。エンジンが一旦作動温度に到
達すると同じエネルギが燃料と冷却システムとの間で循
環される。

第１図の蒸気発生器１日の第２の実施例が第５図乃至第
７図に全体を符号１００で示されている。

この実施例のものは本発明のエンジンが低濃度のアルコ
ール燃料で作動される場合に改善された性能を提供する
。特にこの実施例の構造は、燃料濃度が低下すると大き
な問題となる部分蒸留ヲ減少する。部分蒸留はアルコー
ルが水に比較して揮発性が高くかつ沸点が低いことによ
って起る。より詳細には、水およびアルコール分子の間
にはある一定の分子間親和力が存在し、この分子間親和
力は、高いアルコール蒸気度においては、これらの異類
の分子の分離を制限する。しかしなからアルコール一度
が低下すると５分子間親和力め効果か諷少し、これに応
じてより低い７８℃（１７５°Ｆ）のｄ上点でアルコー
ルがより容易に蒸’＜−ｉｔ”る頗同を示１−０部分蒸
留として知られろこの現象は水よりもより多い割合のア
ルコールの気ｆヒを生ずる。したがって、部分蒸留は初
期においてはアルコールの有効な濃度を増加するか、残
留する液体燃料混合物が過剰の割合の水から成ることに
なり結局アルコール濃度を低下させろことになる。

蒸気発生器１００はフィン付きの熱交換器１０４のすぐ
上方に設けられたホットプレート１０２乞有しており、
熱交換器１０４およびホットプレート１０２は共に気化
シェル１０６の中のアルコール燃料中に浸漬されている
。液体燃料人口１０８かシェル１０６の下部に設けられ
ていて燃料かほぼ周囲温度になることを許容している。

版体レベルコントローラ１１０がシェル１０６の中の熱
交換器１０２のすぐ上方に設けらｉｔている。コントロ
ーラ１１０は第１図の燃料ポンプ１４に対して作動的に
連結されていて、これにより蒸気発生器の燃料レベル乞
ホットプレートの上方の所定のレベルに維持している。

以下により詳細に説明するが、燃料は上側のホットプレ
ートの面の上及約ろｒｎｒｎ（’／Ｂインチ）に維持さ
れるのが好ましく。

ホットプレートの面には揺動する燃料を緩衝するための
５ねり又はこれと同等のものが形成されている。

ホットプレートは向い合ったマニ料ルド１１４゜１１６
乞相互に連結する平行な加熱チューブ１１２から形成さ
れており、これＫよってマニホールド１１４に人ったエ
ンジン冷却剤はマユホタレド１１６かも出る前に多（の
チューブ１１２を通ることになる。各々のマニホールド
には適宜な液体冷却剤人口又は出口１１Ｂが設けられて
おり、これら人口および出口によってエンジン冷却シス
テムおよび熱交換器に連結されている。ホットプレート
の各チューブ１１２間の間隔は１．６　Ｔｎｍ　（’イ
。インチ）であるのが好ましい。

熱交換器１０４は通常のひれ付きのデザインであって両
端部に人口又は出口１２０’Ｙ有している。

熱交換器の人口１２０の１つはホットプレートからの出
口１１８のすぐ下方に＃けられかつこれと連結されてい
る。残りのホットプレートの人口１１８はエンジンがら
の冷却剤の配管１例えば第１図の配管５６に連結されて
いる。同様にして。

熱交換器の残りの人口１２０は第１図の冷却剤の環流配
管５８に連結されている。このようにポットプレート１
０２と熱交換器１ｏ４は直列になきｔ’ｔており、した
がってエンジンから直接用る最も熱い冷却剤が最初にホ
ットプレート７通る。

圧ノＪ解放安全弁１２２が蒸気発生器のシェルの液体レ
ベル上に設けられている。この弁は豹０、２８　ｋｇ／
ｃｆｆｌ　（４ｐｓｉ　）に設定され過剰の蒸気圧力馨
コンテンサ（図示せス）７介して燃料タンク１゜へ排気
する。気化燃料出口１２４が第１図の気１ヒポング５５
を介してキャブレータに連結されている。

作動において、エンジンからの冷却剤は一般的ｉｃｆ＋
１２１℃〜１２７℃（２５０〜２６０’Ｆ）　ノｊｌｉ
ｌｌ囲にあるホットプレートに入る。このきわめて熱い
冷却剤はポットプレートチューブ１１２から成る比較的
小さな嵩の中を貫流し、チューブ１１２はまたこれにす
ぐ１ｉａＩ接する燃料を加熱する。液体燃料はホットプ
レートのすぐ上の７ベルに維持され、また。

ホットプレートの温度はアルコールおよび水の両方の沸
点温度を超すために、両方の液体の蒸発はそれぞれの液
体成分の濃度にほぼ比例し又起る。

したがって、ホットプレート領域においては笥Ｓ分蒸留
が防止される。

熱エネルギの１部乞燃料の蒸発に消費したエンジン冷却
剤は約９６℃（２０００Ｆ）の温度の燃料予熱父？Ａ器
１　［３４に入り、ここにおいて流入するアルコールベ
ースの燃料乞周囲温度からアルコールの沸点である８１
℃（１７８°Ｆ）より幾分低い温度まで予熱する。この
沸点７越−１一温度は部分蒸留馨瑣加させ、−万十分に
低い温度は蒸発効率を戯少させろ。冷却剤は第１図の導
管５８を通ってエンジンに戻り再び加熱されろ。

本発明の冷却剤はエンジン作動温度乞適正に維＃するば
かりではなく、アルコール燃料乞気化してエンジンの全
効率乞根本的に改善するという２重の目的を達成するこ
とは理解されよう。また本発明のアルコールスチーム内
燃エンジンは次の理由によりエネルギの再生利用に特に
通している。

第１にアルコールベースの燃料は低いシリンダ温度で燃
焼しこれによって冷却系統全体の熱損失乞減少させると
ともにその固有の低温腿のために熱再生利用をより容易
に′ｆろ。また１本発明のエンジンのスチームイ乍動は
弔゛用な出力を生ずるために水が蒸発されなければなら
ない燃料予熱又は蒸発に特に適合する。従来の内燃機関
は燃料ケ気１ヒてろことによって同様な効率の改善を実
現することはできず、いずれにしても、気１ヒしたガソ
リノ乞扱うことは蒲在的な安全性の問題を生ずる。

第８図は燃料の製置か低い場合あるいは燃料の６度が変
［ヒする場合に必要とされる酸子的に利用）さｉするキ
ャブレータを示している。代表的な気ｒヒキャブレータ
は容積比の原理に恭づいて作動し。

出会った容積比の範囲において限界的な性能を発挿する
。したがって、例えば本発明のエンジンの寒期における
始動のために用いられるプロパンの空燃比は１７二１で
あり、エタノールの場合には１０：１であるのに対して
５０％のエタノールの場合には酸素乞必要としない水の
濃度のために空燃比はわずか［５：１である。使用し得
る燃料間のこの広い変動か従来の機械的なキャブレータ
の効率的な使用欠禁する。

本発明の電子的なキャブレータは排気マニホルド１４２
の中に設けられる酸素センサ１４０乞用いており、この
＋１素センサは通常のフィードバンク制＠１回路１４４
を介してサーボモータ１４６によって作動されろバタフ
ライ弁１４Ｂに接続されている。弁１４Ｂはキャブレー
タ１５２に通じろ気［ヒ燃料人口１５０の中に設けられ
ており、この弁は自動的に操作されて排気ガスを所定の
酸素含有量に維持する。このように、適正な燃料混合物
がいかなる燃料およびいかなる周囲の条件匠対しても維
持されこれによって完全燃焼により最少の画架を雁実に
する。また、本発明の内燃スチームエンジンに伴う比較
的低い燃焼温度が亜酸化屋累の発生を防止しこれによっ
てエンジンが非常に低汚染の排出物乞出すことケ確実に
する。

前述のように、シリングの中に過熱蒸気を容易に発生す
るためにキャブレータ人口荒気を予熱することが望まし
い。第８図に示すようにキャブレータ望見予熱器１５４
を排気マニホルド内に設けても良いしあるいは第４図に
示した前述の予熱器６０’を用いることもできる。いす
、ｔ”ＬＫしても流入するキャブレークの孕気温度は２
６００Ｇ−６１６°Ｃ（５００〜６００’Ｆ）　の間に
あるのが好ましい。この流入空気はエタノールの自動点
火温度である５６５°Ｃ（６Ｅ３５°Ｆ）を防止才ろた
めに５１５’Ｃ（６００’Ｆ）より十分高い温度まで加
熱されないようにてろことが重要である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好ましい爽施汐１］を示ｆ模式系統図
、第２図は熱いエンジン冷却剤によってアルコール／水
混合物乞加熱かつ気［ヒする第１の熱交換器すなわち蒸
気発生装置の部分的に内部７示１−加［親図、第５図は
第２図の線５−５に宿った断面図、第４図は排気ガスで
燃焼望見乞加熱する第２の熱交換器の斜視図、第５図は
第７図の勝５−５に浴って本発明の他の実施例である蒸
気発生装置を示す断面図、第６図は第７図のＨ６−６に
浴って第５図の蒸気発生装置を示す断面図、第７図は第
５図の蒸気発生装置ｔを部分的に破断して内部のホット
プレートおよび熱交換器の位置７示す斜視図、第８図は
本発明のＷ素検出キャブレータ１ｌｉｌＪ　？ｄｌｌ装
置の（豊能説明図である。 １０・・・・・・燃料タンク　１２・・・・・・導　管
１４・・・・・燃料ポンプ　１Ｂ・・・・・蒸気％土器
５２・・・・・・内燃エンジン　４０・・・・・・電気
加熱エレメノト４４・・・・・・７品度市１」側ｊ装置
　５４　・・・圧力Ｊ’ｌイ放弁６０・・・・・第２の
熱交換器６２・・・・・　至６４・・・・・隔　壁　７
０・・・・・す１気ガス人ロア４・・・・・・リド気ガ
ス出口　７６・・・・・・空気入ロアＢ・・・・仝気出
口　１２２・・・安全弁１４０・・・酸紫検知装置

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）窒気／燃料−水の人口および燃焼した燃料排気物
   の出口７有する少な（とも１つのシリンダと。 流体エンジン冷却剤装置と乞有し、アルコール−水混合
   物に用いられるようになされた内燃スチームエンジン用
   の燃料／水供給装置であって、キャブレータと；アルコ
   ール／水混合物乞保有するようになされたリザーバと；
   該リザーバからの燃料／水の人口および前記キャブレー
   タに連結された気化燃料／水の出口７有し前記エンジン
   冷却装置に作用的に連結された２段式の燃料／水気化装
   置であって、第１の燃料／水子熱ゾーンとこれより高い
   第２の最終の燃料／水気化ゾーンとを画成している燃料
   ／水気化装置と；前記液体の燃料／水乞前記最終の燃料
   ／水気ｆヒゾーンのほぼ上限に維持するための装置と；
   乞備えて成り、これによって前記冷却装置から前記気化
   装置に移送されたエンジンの廃熱が前記第１の燃料／水
   をアルコールの気化温度より低い温度まで予熱しまた前
   記第２のゾーンの燃料／水を少なくとも水の気化温度ま
   で予熱しこれにより最少の部分蒸発を伴う適正な燃料／
   水の蒸発が生ずるようになされたことを特徴とする燃料
   ／水供給装置。 （２、特許請求の範囲第１項に記載の一燃料／水供給装
   置において、前記気化装置の第１のゾーンが第１の熱交
   換装置を有しまた前記第２のゾーンが第２の熱交換装置
   ７有していて、これら第１および第２の熱交換装置は冷
   却装置からのニアシン冷却剤が第２の熱交換装置７通り
   ついで第１の熱交換装置を通るように相互に作用的に連
   結されており。 これによって大きな熱エネルギ７有するエンジン冷却剤
   が上方の気化ゾーンの燃料／水乞気比することができる
   ようになされたことを特徴とする燃料／水供給装置。 （５）特許請求の範囲第２項に記載の燃料／水供給装置
   において、前記第２の熱交換装置の垂直方向の寸法が前
   記第１の熱交換装置の垂直方向の寸法よりも芙質的に小
   さくなされこれによって燃料／水の最終的な気化が前記
   気化装置の中の燃料／水の上側表面の近（で起こるよう
   になされたことを特徴とする燃料／水供給装置。 （４）空気／燃料−水入口と、燃焼燃料排気出口と。 流体エンジン冷却装置とを有しアルコール−水燃料−水
   混合物を用いろようになされた内燃スチームエンジンの
   ための燃料／水供給装置であって。 キャブレータと；アルコール−水混合物を保有するよう
   になされた燃料−水リザーバと：該すザーバからの燃料
   −水入口と前記キャブレータに連結された気体燃料−水
   出口とを有し前記工／ジン冷却装置に作動的に連結さｉ
   ”した２段式の燃料−水気ｒヒ装置であって、第１の燃
   料−水子熱ゾーンとこｔｔよりも胃い第２の最終燃料−
   水気ｆヒゾーンとを画成する燃料−水気１ヒ装置と；液
   体の燃料−水を最終の燃料−水気比ゾーンのほぼ上限に
   維持するための装置と；前記燃焼燃料排気出口と相互に
   作動的に連結されエンジンキャブレータに供給されろ燃
   焼空気を予熱するための荒気予熱装置と；乞備えて成り
   、これによって排ガスおよび冷却装置の廃熱エネルギが
   ＯｇＲされてエンジンシリンダに入るアルコール−水混
   合物の情熱エイ・ルギを十分に増加させ、内燃スチーム
   エンジンの効率を改善するようになされたことを特徴と
   する燃料／水供給装置。 （５）特許請求の範囲第４項に記載の燃料／水供給装置
   において、前記排気出口に設けられろ酸素検知装置と、
   シリンダに入ろ空気と燃料／水の相対的な割合乞計量す
   るようになされた制＠１可能な混合装置と、前記酸素検
   知装置および前記混合装置に作動的に連結され、前記相
   対的な割合乞自動的に調歪して燃焼燃料出口の酸素含有
   量乞所定のノベルに維持する制御装置と乞備えているこ
   とを特徴とする燃料／水供給装置。 （６）人気装置、冷却装置および排気装置を有する内燃
   エンジンのための燃料／水供給装置であって、（ａｌ　
   アルコール−水混合物乞保有するようＫなされた燃料リ
   ザーバと； ｔｂｌ　前記内燃エンジンの冷却装置と作用的に連通し
   、また前記リザーバを前記人気装置に連結し、更に前記
   リザーバからの燃料−水乞気ｆヒてろための気ｒヒ装置
   と； （ｃｌ　ｌ＊ｔＪ記人気装置と連通しかつ前記排気装置
   と作用的に連通する第２の熱交換器７有していて前記エ
   ンジンに供給される燃焼空気を予熱するための予熱装置
   と； ン備え′″Ｃ成り、前記第２の熱交換器は室を肩し。 この型はこの尾の中にあって室を第１の隔室および第２
   の隔室に分割する隔壁と、第１の隔室の中に設けられる
   少な（とも１つの人口および第２の隔室の中に設けられ
   る少フヨくとも１つの出口７有する前記隔壁に沿って前
   記室乞貫通する排気ガス導管と、前記第２の隔室の中に
   設けられろ燃焼空気出口と、前記第１の隔室の中に設け
   られろ燃焼空気出口と７有しており、これによって、エ
   ンジンの作動中、前記冷却装置に移送さｉ”ｌ−る屏熱
   乞用いてＭＪ記第１の熱交換器を通る燃料−水を気比し
   、また前記排気装置からの排熱乞前記専管を通じて第１
   の隔￥かも第２の隔室へ導くことにより、第２の隔室か
   ら第１の隔室へ呈を運って反対方向に流れる燃焼空気を
   前記人気装置に入るυυに加熱することができるように
   なされたことを特徴とする燃料／水供給装置。 （７）特許請求の範囲第６項に記載の燃料／水供給装置
   において、前記第１０熱父侠器が前記燃料−水リザーバ
   および人気装置と連通し人ｔ］および前記エンジン冷却
   装置と連通する出口を有する鵠１の容器と、前記人口お
   よび出口と封止的に係合してエンジン冷却剤の流過を許
   容１−ろ第２の容器と乞備えており、これによって１１
   １記燃料−水か前記第１の容器内−流入してエンジン冷
   却剤からの熱により気ｆヒされるようになされたこと乞
   特徴とづ−る燃料／水供給装置。 （８）特許請求の範囲第７項に記載の燃料／水供給装置
   において、目１１把第１０熱父換器が、　ＭｉＪ記燃料
   ／水の中に浸漬された前記第１の容器の中に設けられた
   電気加熱エレメントと、前記第１の容器内の燃料−水の
   温度が設定値よりも低くなった時に前記加熱エレメント
   を作動するための温度制御１１ｊ装匝と乞備えているこ
   と乞特徴とする燃料／水供絽装置。 （９）特許請求の範囲第７項に記載の燃料／水供給装置
   において、前記第１の容器は、該第１の容器内の燃料−
   水レベルが所定のレベルより下になった時に燃料／水リ
   ザーバから第１の容器への燃料−水の流れを許容するバ
   ルブ装置を有していることを特徴とする燃料／水供給装
   置。 （１０）　％許開求の範囲第７項に記載の燃料／水供給
   装ｗＶＣおいて、前記第１の茶器は、この茶器の中の圧
   力が所定のレベルを越した時に第１の容器の中から圧力
   乞解放するための解放弁を有していること乞特徴とする
   燃料／水供給装置。 （１１）人気装置、冷却装置および排気装置を有′１−
   る内燃エンジンのための燃料／水供給装置であって。 アルコール−水混合物を保有するようになされた燃料〜
   水リザーバと；該リザーバからの燃料−水を気化するた
   めの気ｆヒ装置と；前記エンジンに供給される燃焼望見
   を予熱するための予熱装置と；ン備えて成り。 前記気１ヒ装置は第１の熱交換器７有していて。 この第１の熱交換器は、前記燃料−水リザーバおよび前
   記人気装置と連通し、人口と、前記エンジン冷却装置と
   連通する出口とを有する第１の茶器と、前記熱交換器の
   中にあって前記人口上よぴ出口と封止的に係合しエンジ
   ン冷却剤の前退を許容する第２の容器とを乱含し、これ
   ［、Ｊ：つて−Ｊ記燃料／水か前記第１の容器の中に流
   入してエンジン冷却剤からの熱により気１ヒされるよ５
   になされており。 前記予熱装置は室乞有する第２の熱交換器を含んでいて
   、前記室はこの室の中にあって室を第１の隔￥および第
   ２の隔室に分割する隔壁と、前記第１の隔室に設けられ
   る少な（とも１つの人口および前記第２の隔室に設けら
   れる少なくとも１つの出口を有するｌｌｓ記隔壁に清っ
   て前記尾を貫通する排気ガス導管と、前記第２の隔室に
   設けられろ燃焼望見人口と、前記第１の隔室に設けろｉ
   ”Ｌろ燃焼望見出口とを有しており。 これによって、エンジンの作動中に、前記冷却装置に移
   送された廃熱が前記第１の熱父換器乞通る燃料−水乞気
   ｒヒするのに利用され、また前記排気装置からのガスが
   前記導管を通って第１の隔室から第２の隔室に導かれ、
   第２の隔室から第１の隔室へ前記室乞通って反対方向に
   流れる燃焼柴気乞人気装置に入る前に加熱するようにな
   さｈ　？、Ｚこと乞特徴とする燃料／水供給装置。 （１２、特許請求の範囲第１１項に記載の燃料／水供給
   装置において、前記第１の熱交換器が、前記燃料−水の
   中に浸漬さ、ｌｔだ前記第１の茶器の中に設けられる電
   気加熱エレメントと、前記第１の容器の中の燃料−水温
   度が所定の値以下になるとＭｉＪ記加熱加熱ニレメン作
   動するための温度制御装置とを備えていること馨特徴と
   する燃料／水供給装置。 （１５）特許請求の範囲第６項に記載の燃料／水供給装
   置において、前記第１の茶器がこの中の燃料−水のレベ
   ルが所定のレベル以下になると前記リザーバから前記第
   １の茶器への燃料−水の流れ乞許容するためのバルブ装
   置７有していることを特徴とする燃料／水供給装置。 （１４）特許請求の範囲第６項に記載の燃料／水供給装
   置において、前記第１の容器は、内部の圧力が所定のレ
   ベルを超えろと該第１の茶器の中から圧力乞解放するた
   めの解放弁を有し又いること？特徴とする燃料／水供給
   装置。