JP2002501136A - 補助ブースト・エア・インジェクション付き無公害エンジン搭載自動車両用補助ヒータの方法と装置 - Google Patents

補助ブースト・エア・インジェクション付き無公害エンジン搭載自動車両用補助ヒータの方法と装置

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JP2002501136A
JP2002501136A JP2000528776A JP2000528776A JP2002501136A JP 2002501136 A JP2002501136 A JP 2002501136A JP 2000528776 A JP2000528776 A JP 2000528776A JP 2000528776 A JP2000528776 A JP 2000528776A JP 2002501136 A JP2002501136 A JP 2002501136A
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ギ ネーグル
シリル ネーグル
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ギ ネーグル
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、補助ブースト・エアを燃焼室（２）に噴射して動作する、高圧のブースト・エアの入ったストレージ・リザーバ（２３）を備えた無公害エンジン搭載自動車両用補助ヒータの方法に関する。リザーバに入った高圧のブースト・エアは最終用途の低圧力になる前に、燃焼または膨張室（２）に噴射される前にヒータ（５６）導かれて圧力および／または体積を増加する。本発明はブースト・エア・インジェクションを備えたすべてのエンジンに適用できる。

Description

【発明の詳細な説明】
（発明の属する技術分野） 本発明は陸用車両特に、高圧ブースト・エア・リザーバから構成される、補助
ブースト・エアを噴射して動作する、独立した室、あるいは燃焼室を備えた、無
公害または低公害エンジン搭載の車両に関する。
【０００１】 （従来の技術） 特許出願ＷＯ９６／２７７３７で開示された発明に、高速道路ではガソリンま
たはディーゼル・オイルなどの従来のフューエルを使用し（エア／フューエル単
一モード動作）、低速走行時、特に市街や郊外を走行する際には、ブースト・エ
ア（あるいは無公害ガス）を燃焼室に加え、他のフューエルは一切使用せずに作
動（エア単一モード動作、すなわちブースト・エアによる動作）するという、二
種類のエネルギーを使用したツー・モード原則で作動する、独立した外部燃焼室
を備えたエンジンの無公害化方法が開示されている。同著者は特許出願ＦＲ９６
／０７７１４で、ブースト・エアを加える単一モード動作のこのモデルのエンジ
ンをバスなどの公共車両に取り付けることを開示している。
【０００２】 このモデルのエンジンの場合、エア／フューエル・モードでは、エア／フュー
エルの混合気が独立した吸気および圧縮室に入る。この混合気は圧力がかかった
まま、独立した容積が一定の（以下「定容」と称する）燃焼室に移動し、そこで
点火されて（前記混合気の）温度と体積は増加する。燃焼または膨張室と膨張お
よび排気室をつなぐ移動ポートがいったん開くと、前記混合気は前記膨張および
排気室で膨張して仕事が発生する。膨張したガスは次に排気管を通って大気に排
出される。
【０００３】 ブースト・エアをエアに加えて動作する時、これが本発明の主旨に最も関係す
る動作モードであるが、フューエル・インジェイクタがもはや作動しなくなる低
出力時、吸気および圧縮室から（フューエルのない）ブースト・エアが膨張およ
び排気室に入った後、例えば周囲温度で２００ｂａｒの高圧を保存している外部
リザーバから少量の補助ブースト・エアが燃焼室に導かれる。この周囲温度の少
量の補助ブースト・エアが、燃焼または膨張室に入っている高温のエアの塊に接
触すると加熱されて、膨張し、室の中の圧力は増加するため、膨張している間、
動力を供給することができる。
【０００４】 このモデルのデュアル・モードまたはデュアル・エネルギー（エアとフューエ
ルまたはエアと補助ブースト・エア）エンジンをまた、好ましくは市街走行用、
例えば、すべての車両、およびより個別的には、市街バスまたはその他の公共車
両（タクシー、ゴミ収集車など）に改造すると、従来のフューエルで走行しなが
らも、エア／補助ブースト・エア単一モード動作時にはエンジンのすべての要素
を不用することができる。
【０００５】 このエンジンは、補助ブースト・エアを燃焼室に噴射する単一モードでしか動
作しないため、燃焼室はこの場合、膨張室になる。さらに、このエンジンが取り
込んだエアは、一つ以上のチャコール・フィルタを通過するか、またはその他の
機械的、または化学的手段、またはモレキュラー・シーブ、またはその他のフィ
ルタを介して、不純物を取り除き、低公害エンジンにすることができる。本明細
書に記載の「エア」は任意の「無公害ガス」を意味するものとする。
【０００６】 このモデルのエンジンでは、補助ブースト・エアは、燃焼または膨張室内の圧
力に応じて決定される動作圧力すなわち、ブースト・エアが入ることができるよ
うに燃焼または膨張室内の圧力より高い圧力、例えば３０ｂａｒで燃焼または膨
張室に噴射される。このため、膨張したエア（例では約３０ｂａｒ）を周囲温度
で燃焼または膨張室に噴射することができる、熱を吸収しない、すなわち温度を
下げず、仕事をしないで膨張する、従来のタイプの減圧エクスパンダでできてい
るものが使用される。
【０００７】 補助ブースト・エアを噴射する方法はまた従来の二行程または四行程エンジン
でも、点火行程のほぼ上死点で補助ブースト・エアをエンジンの燃焼室に噴射す
る方法で実施することができる。
【０００８】 （課題を解決するための手段） 本発明に従った方法は、利用可能なエネルギーの量を増加することを可能にす
る解決方法を提供する。本発明は実施する手段、より詳細にはブースト・エアを
燃焼および／または膨張室に導かれる前に、ヒータを迂回させ、そこで圧力およ
び／または体積が増加させ、これにより、エンジンの出力を大幅に改善すること
を特徴とする。
【０００９】 本特許出願番号９７００８５１ではこのモデルのエンジン用に、周囲から熱エ
ネルギーを回収する方法も開示しており、記載の方法は周囲温度、例えば２０°
で、超高圧、例えば２００ｂaｒでストレージ・リザーバに入っているブースト ・エアを、低圧、例えば３０ｂａｒで最終的に使用される前に、容積が可変の（
以下「可容」と称する）システムの最終的な使用、例えばシリンダのピストンに
必要な圧力に近づくまで膨張させて、例えば機械、電気、油圧などの既知の手段
を使用して回収可能な仕事を生成している。この仕事を生成する膨張は、結果と
して、動作圧力に近い圧力まで膨張していたブースト・エアを超低温、例えば−
１００℃まで冷却する。動作圧力まで膨張したこのブースト・エアは、超低温に
なると熱交換器に送られ、大気により、周囲温度の近くまで加熱され、その圧力
および／または体積も増加し、大気から熱エネルギーを回収する。
【００１０】 本発明に従った方法のもう一つの特徴は、前述の熱エネルギーの回収方法に関
連し、利用可能なエネルギーの量をさらに改善することを可能にする解決方法を
提供する。本発明は実施する手段、より詳細には、エア／エア熱交換器を通過し
たブースト・エアを、燃焼室に導かれる前に、ヒータに迂回させ、そこで再び圧
力および／または体積を増加させてから燃焼および／または膨張室に導くことに
より、エンジンの出力を著しく改善することを特徴とする。
【００１１】 ヒータを使用することは、既知の方法で清浄や、触媒の使用ができ、ガソリン
、ディーゼル・オイル、ブタン・ガス、プロパン・ガス、ＬＰＧなどの従来のフ
ューエルを供給して、化学反応および／または電気エネルギーを使用して熱を生
成し、そこを通過するブースト・エアを加熱することができるため、クリーンな
燃焼を継続できるという長所がある。
【００１２】 当業者は、仕事を生成する膨張システムに供給する超高圧のブースト・エアの
量、および仕事を生成する膨張システムの特徴や容積などを計算し、熱出力を考
慮して、エンジンの用途に従って、この仕事を生成する膨張の終了時には、圧力
は選択した最終動作圧力に、温度はできる限り低温にすることができる。パラメ
ータを電子的に管理することにより随時、使用、回収および加熱するブースト・
エアの量を最適化することができる。当業者は、本発明の方法を変更せずに、当
該分野で既知の概念を使用して、ヒータの技術的詳細と特性を決定することもで
きる。
【００１３】 本発明の一つの特徴に従って、超高圧ストレージ・リザーバからのブースト・
エアを加熱するヒータは、ブースト・エアが周囲環境から熱エネルギーを回収す
るためのシステムを介するものであれ、介さないものであれ、エンジンの吸気お
よび圧縮室から吸い込んだブースト・エアを個別に、あるいは前述の二つの解決
方法を組み合わせ、すなわち、ストレージ・リザーバから直接か、あるいは熱エ
ネルギー・レキュペレータを介して、加熱し、燃焼および／または膨張室に再び
導かれる前に、その圧力および／または体積を増加させ、これによって膨張およ
び排気シリンダの中で膨張して仕事行程に入る前に、前記燃焼室に入っているガ
スの圧力を増加することができる。
【００１４】 ブースト・エアは、ストレージ・リザーバから、周囲環境から熱エネルギーを
回収する装置から、吸気および圧縮室からのタッピングから個別に、あるいは使
用条件に応じて決定される割合でヒータに導かれる。
【００１５】 本発明の他の目的、長所および特徴は、以下の図面を添付して説明する複数の
実施例から明らかであるが、これらには限定されない。
【００１６】 （発明の実施の形態） 第１図は、無公害エンジン、および吸気および圧縮室１、超高圧リザーバ２３
に保存されたブースト・エアを供給する補助エア・インジェクタ２２を備え、定
容の燃焼または膨張室２、および膨張および排気室４から構成されるブースト・
エア供給装置の断面を示している。吸気および圧縮室１は燃焼または膨張室２に
、密封シャッタ８により制御されて開閉する管５で接続している。吸気および圧
縮室１には、バルブ１４により制御されて開く吸気管１３を介してエアが供給さ
れ、この吸気管１３の上流には低公害チャコール・フィルタ２４がある。
【００１７】 吸気および圧縮室１はピストン・コンプレッサ・アセンブリのように動作し、
ピストン９がシリンダ１０の中を摺動して動作し、コネクティング・ロッド１１
およびクランクシャフト１２により制御される。膨張および排気室４は、シリン
ダ１６の中をピストン１５が摺動し、コネクティング・ロッド１７を介してクラ
ンクシャフト１８が回転する、通常のピストン・エンジン・アセンブリを制御す
る。膨張したエアはバルブ２０により制御されて開く排気管１９を介して排気さ
れる。吸気および圧縮室１のクランクシャフト１２は、膨張および排気室４のド
ライブ・クランクシャフト１８により機械的連結２１を介して制御されて回転す
る。
【００１８】 本発明に従うと、超高圧ストレージ・リザーバ２３と、一定の最終使用圧力が
かかっている緩衝容量４３の間の管３７Ａにはバーナー５７から構成されるヒー
タ５６が取り付けられており、このヒータの働きで、リザーバ２３からのブース
ト・エア（矢印Ｆの方向）は、排気コイル５８を通過する際に温度が著しく上昇
し、圧力および／または体積も増加するため、エンジン出力を大幅な増加を可能
にしている。
【００１９】 第２図に記載のエンジンには、周囲環境から熱エネルギーを回収する装置が備
えられており、リザーバ２３に保存された超高圧ブースト・エアが膨張すること
により、ドライブ・シャフト１８に直接連結したコネクティング・ロッド５３と
作動ピストン５４から構成されたアセンブリで仕事が行われる。このピストン５
４はブラインド・シリンダ５５の中を摺動して作動室３５に、一方で開いている
時は、電動バルブ３８により開閉が制御される超高圧ブースト・エア吸気管３７
を、他方で、実際には一定の最終使用圧力で緩衝容量４３に向かうエア／エア熱
交換器またはラジエタ４１に接続している排気管３９とを決定する。作動時、作
動ピストン５４が上死点にある時は、電動バルブ３８は開いてから再び閉じ、膨
張する超高圧ブースト・エアの過給を入れてピストン５４を下死点の方向へ押し
戻し、コネクティング・ロッド５３を介してエンジンのクランクシャフト１８を
駆動する。ピストン５４が上昇行程時は、電動排気バルブ４０は開き、作動室の
中で膨張して超低温になったエアをエア／エア熱交換器またはラジエタ４１へ（
矢印Ｆの方向）排気する。このエアは周囲温度に近い温度まで加熱され、体積も
増加して、周囲から十分な量ではないがエネルギーを回復して緩衝容量４３に到
着する。
【００２０】 本発明に従って、エア／エア交換器４１と緩衝容量４３の間の管４２Ａに取り
付けられたバーナー５７から構成されるヒータ５６は温度を著しく上昇させ、そ
の結果、エア／エア交換器４１から送られてくるブースト・エアは、交換器コイ
ル５８を通過する際に、圧力および／または体積も増加する。
【００２１】 第３図では、本発明の特徴に従って、ヒータ５６が吸気および圧縮室１のバイ
パスとして取り付けられており、ピストン９で圧縮されたエアの一部は、ヒータ
５６の方向（矢印Ｆの方向）に向かい、バーナー５７で加熱された交換器コイル
５８を通過する際に、圧力および／または体積は増加し、それから緩衝容量４３
に導かれて、インジェクタ２２により燃焼および／または膨張室２に噴射される
。
【００２２】 第４図は、第１、２および３図に記載された三つの装置を組み合わせた装置の
概要を示しており、ヒータ５７のバーナー５７は、吸気および圧縮室１のピスト
ン９で圧縮され、緩衝容量４３に送られる前の交換器コイル５８にあるエアの一
部と、エア／エア交換器４１および周囲環境から熱エネルギーを回収する装置を
介したストレージ・リザーバからのブースト・エアを同時に加熱する。
【００２３】 ヒータ５６は、ストレージ・リザーバ２３から管３７Ａを介して、周囲環境か
ら熱エネルギーを回収する装置４１から他の管４２を介して、および吸気および
圧縮室４１から三番目の管４２Ａを介して、ブースト・エアを受け取るが、上記
の管はそれぞれ、制御バルブ５９、５９Ａ、５９Ｂを有して、使用条件に従って
加熱される各ソースからのブースト・エアの割合を決定することができる。
【００２４】 車両を駆動するためのエネルギーの必要要件に応じて、加熱コイルを介して通
過するブースト・エアを強弱の程度で加熱するために、バーナーの点火、および
バーナーの強度を調整する制御バルブのシステムが取り付けられている。
【００２５】 ブースト・エアをヒータ５６で蓄積した熱エネルギーを保存したまま、室に噴
射することができるように、ヒータ５６とインジェクタ２２の間に位置する緩衝
容量４３は、この用途に適した既知の材料でできている絶縁被覆４３Ａにより覆
われていることが好ましい。当業者は緩衝容量４３の大きさおよび被覆材料を選
択することができ、また同様に、配管工事、および各種の管もまた本発明を変更
することなく、本発明の記載のように被覆して行うこともできる。
【００２６】 もちろん、本発明はここに記載された実施例に制限されることはなく、当業者
が想到しうる多様な方法に本発明の精神から外れることなく応用することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ヒータ装置を備えた無公害エンジンの断面図である。
【図２】 ヒータ装置を備えた、周囲環境から熱エネルギー回収する、無公害エンジンの
断面図である。
【図３】 吸気圧縮室を介するブースト・エアのバイパスとしてヒータを備えたエンジン
の図面である。
【図４】 前述の三つの解決方法をすべて組み合わせたエンジンの図面である。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年３月３１日（２０００．３．３１）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ， ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ， ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，Ｌ Ｖ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ， ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，Ｕ Ｓ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 超高圧ブースト・エア・ストレージ・リザーバを有して、補助エアを燃焼また
    は膨張室に噴射して動作する、無公害または低公害エンジン、または無公害また
    は低公害エンジンを搭載した車両の加熱方法において、前記超高圧ブースト・エ
    ア・ストレージ・リザーバに納められた前記ブースト・エアは、最終用途の低圧
    になる前に、ヒータに導かれて、圧力および／または体積が上昇してから燃焼ま
    たは膨張室に噴射されることを特徴とした加熱方法。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の加熱方法において、超高圧ストレージ・リザーバに納められた
    ブースト・エアは、ヒータに導かれて低圧でになる前に、可容システムのその圧
    力に近い圧力まで膨張し、例えば仕事をするシリンダのピストンが、その結果、
    ブースト・エアが膨張して低温に冷却され、このエアが熱交換器に送られて、そ
    こで周囲環境から追加の熱エネルギーを回収することにより、加熱されて、その
    圧力および／または体積が増加する加熱方法。
  3. 【請求項３】 補助エアを燃焼または膨張室に噴射して動作する無公害または低公害エンジン
    または無公害／低公害エンジンを搭載した車両を加熱する方法において、ブース
    ト・エアは圧縮終了時に、吸気および燃焼室からヒータの方向に向けて吸入され
    ることにより、燃焼または膨張室に噴射される前に圧力および／または体積が上
    昇することを特徴とした加熱方法。
  4. 【請求項４】 請求項１から３記載のいずれか一つの方法したがった加熱方法において、ヒー
    タに送られるブースト・エアがストレージ・リザーバから、周囲環境から熱エネ
    ルギーを回収する装置から、吸気および圧縮室からのタッピングから、使用条件
    に応じて決定される割合で個別に、または組み合わせて導かれることを特徴とす
    る加熱方法。
  5. 【請求項５】 請求項１記載の方法を実施するヒータ装置において、フューエルが送られるバ
    ーナー（５７）および熱交換コイル（５８）により構成されるヒータ（５６）は
    、ストレージ・リザーバ（２３）と補助ブースト・エア・インジェクタ（２２）
    の間に位置し、前記バーナー（５７）はストレージ・リザーバからコイル（５８
    ）を通過して送られるエアを加熱して、燃焼または膨張室（２）に噴射される前
    に、その圧力および／または体積を上昇させ、ヒータと補助ブースト・エア・イ
    ンジェクタ（２２）の間に位置する緩衝容量（４３）は均等に排気が行われ、前
    記噴射の前にサージ効果が発生することを防止することを特徴とするヒータ装置
    。
  6. 【請求項６】 請求項２に従った方法を実施する請求項５に従ったヒータ装置において、ヒー
    タ（５６）が、燃焼または膨張室（２）に噴射される前、周囲環境から熱エネル
    ギーを回収する装置のエア／エア熱交換器またはラジエタ（４１）と緩衝容量（
    ４３）の間の管（４２）に位置することを特徴とするヒータ装置。
  7. 【請求項７】 請求項３に従った方法を実施する請求項５に従ったヒータ装置において、熱交
    換器（５６）がエンジンの吸気および圧縮室（１）と、流量がバルブ（５９）に
    より制御される管（４２）から構成されるバイパス回路の緩衝容量（４３）の間
    に位置し、ブースト・エアが圧縮終了時に閉められてヒータの方向に向かうこと
    により、燃焼または膨張室に噴射される前に圧力および／または体積が上昇でき
    ることを特徴とするヒータ装置。
  8. 【請求項８】 請求項４に従った方法を実施する請求項５に従ったヒータ装置において、ヒー
    タ（５６）がブースト・エアをストレージ・リザーバ（２３）から一本の管（３
    ７Ａ）を介して、周囲環境から熱エネルギーを回収する装置（４１）からもう一
    つの管（４２）を介して、吸気および圧縮室（１）から三番面の管（４２Ａ）を
    介して受けることを特徴とし、さらに、上述の管がそれぞれ制御バルブ（５９、
    ５９Ａ、５９Ｂ）から構成されており、加熱する各ソースからのブースト・エア
    の割合を、使用条件に応じて決定することができることを特徴とするヒータ装置
    。
  9. 【請求項９】 請求項５に従ったヒータ装置において、ヒータ（５６）とインジェクタ（２２
    ）の間に位置する緩衝容量が絶縁被覆（４３Ａ）により被覆されており、ヒータ
    により蓄積された熱エネルギーを保存することができることを特徴とするヒータ
    装置。
JP2000528776A 1998-01-22 1999-01-22 補助ブースト・エア・インジェクション付き無公害エンジン搭載自動車両用補助ヒータの方法と装置 Pending JP2002501136A (ja)

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