JP2007524788A - 空気・燃料調節 - Google Patents

Abstract

燃焼器に供給される空気及び燃料を調節するための装置及び方法であって、 燃焼器に供給される空気に第１の極性で静電荷を与える手段（５）と、この燃焼器に供給される燃料に前記第１の極性とは反対の極性で静電荷を与える手段（１２）と、この燃料を予熱する手段（１５，１９；２０）とを包含する。

Description

本発明は、燃焼器に供給される空気及び燃料を調節するための装置及び方法に関する。

本発明は、特に、自動車あるいは他の適用のための内燃機関に供給される空気及び燃料の調節（コンディショニング）に関しており、ディーゼルエンジン、ＧＣＩ（ガソリン直接噴射）エンジン及び或る種のガス機関の場合のように、燃料と空気が燃焼室に別々に注入あるいは導入される場合に、最も有益に適用され得る。

しかしながら、本発明は、より一般的には、燃焼を助けたり、効率を高めたり、及び／又は、原動機、バーナ、炉あるいは他の種類の燃焼器からの有害な排出物の低減のために有益であることがわかる。

例えばＵＳ ４０７１００４、ＵＳ ４１８３３３７、ＵＳ ４３０８８４４、ＵＳ ５０１０８６９及びＵＳ ６４６３９１７から知られているように、供給される空気及び／又は燃料に電荷を与え又はイオン化させることによって、内燃機関の性能を改善し及び／又は内燃機関からの排出物を低減させることを意図する様々なシステムが提案されている。

本発明は、この目的がより容易に達成できる装置及び方法を提供しようとするものである。

従って、１つの様相では、本発明は、燃焼器に供給される空気及び燃料を調節するための装置であって、
燃焼器に供給される空気に第１の極性で静電荷を与える手段と、
この燃焼器に供給される燃料に前記第１の極性とは反対の極性で静電荷を与える手段と、
この燃料を予熱する手段と、
を包含する装置にある。

好適には、装置は、空気に陰極性で電荷を与えるともに、燃料に陽極性で電荷を与えるようにする。

静電荷を与える手段は、各場合において、電源手段に接続されそれぞれのダクト内へ延びる１つ以上の尖った電極を包含し、このダクトを介して空気又は燃料が使用時に燃焼器へ流れてよい。

それぞれのダクト内でこのダクトを通る空気又は燃料の流れの方向において前記尖った電極の上流に接地電極が設けられていてもよい。

燃料は、燃焼器で加熱された流体との熱交換によって予熱されてよい。それに加え、あるいは代りとして、燃料は電気加熱手段によって予熱されてよい。両方が設けられている場合、装置は、流体と熱交換する手段が燃料を特定の温度まで予熱するのに効果がない時（例えば、燃焼器がまだその正常な運転温度に達していない場合に）、電気加熱手段を作動させるようにする制御手段をさらに包含する。

本発明は、また、上記したような空気及び燃料を調節する装置を装備してなる燃焼器にある。

本発明は、また、燃焼器に供給される空気及び燃料を調節する方法であって、
この空気に第１の極性で静電荷を与えるステップと、
この燃料に前記第１の極性とは反対の極性で静電荷を与えるステップと、
この燃料を予熱するステップと、
を包含する方法にある。

本発明のこれら及び他の特徴は、例として添付図面を参照して詳細に説明される。

図面は、ディーゼルエンジンあるいは他の内燃機関と共に典型的に使用され得る空気及び燃料調節ユニットの例を示している。

図１に示されたユニット１は、吸気系統内に、実行可能なものとしてフィルタの下流で且つエンジンの燃焼室への吸気口に接近して、挿入されるものである。

このユニットは、共に誘電材料の入口部分２及び出口部分３を包含し、これら部分を介して空気がエンジンへ向かって矢印”Ａ”方向に通過する。部分２及び３の間には、ダクトの内部へ延びる複数の尖った電極５を形成された金属ダクトの部分４がある。

ケーブル６はダクト部分４を電源（図示しない）に接続し、この電源は各電極５に陰極性の低電流高直流又はパルス電圧（典型的には数ｋＶから１ＭＶ）を印加する。

各電極の先端に集中した必然の表面電界は、ダクトを通って流れる空気に、コロナ放電と陰荷電粒子（イオン）の発生を生じさせる。この効果は、ダクト内で上流方向における電極５に隣接して、７で示された輪電極のような接地電極の存在によって増強され、発生されるイオンの流れの自然な方向はこの接地から離れるものである。

図２に示されたユニット８は、エンジンへの燃料ライン内に、実行可能なものとして好適には燃料ポンプの下流で且つエンジンの燃焼室への燃料インジェクタに接近して、挿入されるものである。

このユニットは、共に誘電材料の入口部分９及び出口部分１０を包含し、これら部分を介して燃料がエンジンへ向かって矢印”Ｆ”方向に通過する。部分９及び１０の間には、ダクトの内部へ延びる複数の尖った電極１２を形成された金属ダクトの部分１１がある。

ケーブル１３はダクト部分１１を電源（図示しない）に接続し、この電源は各電極１２に陽極性の低電流高直流又はパルス電圧（典型的には数ｋＶから１ＭＶ）を印加する。

各電極の先端に集中した必然の表面電界は、ダクトを通って流れる燃料に、コロナ放電と陽荷電粒子（イオン）の発生を生じさせる。この効果は、ダクト内で上流方向における電極１２に隣接して、１４で示された輪電極のような接地電極の存在によって増強でき、発生されるイオンの流れの自然な方向はこの接地から離れるものである。

この装置においてイオン化により燃料を調節することに加えて、燃料はまた予熱され、この目的のために２つの別個の手段が図２に示されている。

第１の手段は、エンジンの冷却系統からの温水が循環し入口１６及び出口１７を有するウォータジャケット１５を包含する。燃料は、入口１８からウォータジャケット１５内の曲がりくねった通路１９を通って流れて、ダクト９，１１，１０を通って通過するに先立って温水から熱を受け取る。

しかしながら、これは、エンジンがその正常な運転温度に達するまでは燃料を加熱するのに有効とはならないので、冷温始動状態に応じるために、電力供給される燃料加熱器も設けられている。この燃料加熱器は、燃料温度センサ２２に応答してサーモスタット２１により制御される、ダクト部分９内の電気発熱体２０として図２に概略的に示されている。

図２に示された燃料加熱装置は、エンジンを冷温から始動する時には、電気加熱器２０が最初に作動され、そしてエンジンが加熱されて、特定の温度以上に予熱された燃料がウォータヒータ１５から送出され始めた時に、電気加熱器がサーモスタット制御の下で切られるように、設定されていてよい。

しかしながら、他の実施例では、ウォータヒータは省かれてよく、燃料の予熱は単に１つ以上の電気加熱器によって行われる。例えば、ディーゼル燃料の場合に、２００℃の領域の温度に予熱することは有益と考えられるが、熱源としてエンジン冷却液の使用を介しては容易には遂行することはできない。

他の変形例では、燃料調節ユニットにおける別個の接地電極１４は、２０のような電気加熱器のケーシングと機能的に置き換えられてよい。

上記に例示したような装置における空気及び燃料調節のすべての効果は、現時点では完全に理解されているとは限らないが、燃料に極性の電荷を与えることは、その後の燃料の霧化及びエンジン内での燃料のより微細な液滴への分散を助けることと考えられる。

燃料の予熱は、イオン化プロセスを促進し、粒子分解を増強すると考えられる。更に、燃焼のための空気を燃料とは反対の極性で電荷を与えることによって、その後の燃料と空気との混合は、より迅速で、より完全となる。結果として、燃焼はより確実に開始でき、混合気はより完全に燃焼されて、より良好な燃料経済性、高出力、及び／又は、不燃焼炭化水素、一酸化炭素及び微粒子の放出量の低減をもたらすことができる。

より低い排気温度及び窒素酸化物のより少ない生成も実現し得る。

本発明による装置の一実施例における空気調節ユニットの断面図である。 装置の燃料調節ユニットの断面図である。

Claims (15)

1. 燃焼器に供給される空気及び燃料を調節するための装置であって、
   燃焼器に供給される空気に第１の極性で静電荷を与える手段（５）と、
   この燃焼器に供給される燃料に前記第１の極性とは反対の極性で静電荷を与える手段（１２）と、
   この燃料を予熱する手段（１５，１９；２０）と、
   を包含することを特徴とする装置。
2. 空気に陰極性で電荷を与えるともに、燃料に陽極性で電荷を与えるようにすることを特徴とする、請求項１記載の装置。
3. 空気に静電荷を与える前記手段が、電源手段に接続されダクト（２，３，４）内へ延びる１つ以上の尖った電極（５）を包含し、このダクトを介して空気が使用時に燃焼器へ流れることを特徴とする、請求項１又は２記載の装置。
4. 前記ダクト（２，３，４）内でこのダクトを通る空気の流れの方向において前記尖った電極（５）の上流に接地電極（７）をさらに包含することを特徴とする、請求項３記載の装置。
5. 燃料に静電荷を与える前記手段が、電源手段に接続されダクト（９，１０，１１）内へ延びる１つ以上の尖った電極（１２）を包含し、このダクトを介して燃料が使用時に燃焼器へ流れることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記ダクト（９，１０，１１）内でこのダクトを通る燃料の流れの方向において前記尖った電極（１２）の上流に接地電極（１４）をさらに包含することを特徴とする、請求項５記載の装置。
7. 前記予熱する手段（１５，１９；２０）が、燃焼器への燃料の流れの方向において燃料に静電荷を与える前記手段（１２）の上流に配置されることを特徴とする、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の装置。
8. 前記予熱する手段が、燃焼器で加熱された流体との熱交換によって燃料を予熱するための手段（１５，１９）を包含することを特徴とする、請求項１ないし７のいずれか１項に装置。
9. 前記予熱する手段が電気加熱手段（２０）を包含することを特徴とする、請求項１ないし８のいずれか１項に装置。
10. 前記電気加熱手段が、ダクト（９，１０，１１）内に配置された発熱体（２０）を包含し、このダクトを介して燃料が使用時に燃焼器へ流れ、この発熱体が前記接地電極（１４）としても働くことを特徴とする、請求項９記載の装置。
11. 流体と熱交換する前記手段（１５，１９）が燃料を特定の温度まで予熱するのに効果がない時、前記電気加熱手段（２０）を作動させるようにする制御手段（２１，２２）をさらに包含することを特徴とする、請求項８、９又は１０記載の装置。
12. 燃焼器に供給される空気及び燃料を調節するための、請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の装置を装備してなることを特徴とする燃焼器。
13. 内燃機関からなることを特徴とする、請求項１３記載の燃焼器。
14. 燃焼器に供給される空気及び燃料を調節する方法であって、
    この空気に第１の極性で静電荷を与えるステップと、
    この燃料に前記第１の極性とは反対の極性で静電荷を与えるステップと、
    この燃料を予熱するステップと、
    を包含することを特徴とする方法。
15. 請求項２ないし１２のいずれか１項に記載の装置よって行われることを特徴とする、請求項１４記載の方法。

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