JP2011089512A - 内燃機関用燃焼改善システム及び内燃機関用燃焼改善方法 - Google Patents

Abstract

【課題】車両のバッテリ上がりを未然に回避しながら大幅なＣＯ２削減が可能な内燃機関用燃焼改善システム及び内燃機関用燃焼改善方法を提供する。
【解決手段】
内燃機関用燃焼改善システムにおいて、電解槽３６と車載バッテリ３０との間にスイッチング素子３８を設け、車載バッテリ３０の可電解電圧に応じて制御ユニット４０により可変制御されたデューティ比のＰＷＭパルスでスイッチング素子３８をＯＮ／ＯＦＦ制御することで、電解槽３６から内燃機関１２の燃焼室１６に添加される水素酸素ガスからなる燃焼促進ガスの供給量を可変制御することにより炭化水素燃料の完全燃焼を改善し、有害ガス成分の排出の低減とＣＯ２削減を図る。
【選択図】図１

Description

本発明は内燃機関用燃焼改善システムに関し，特に、ガソリン内燃機関やディーゼル内燃機関等の内燃機関用燃焼改善システム及び内燃機関用燃焼改善方法に関する。

近年、地球温暖化対策として、各分野における二酸化炭素（ＣＯ２）排出量の削減が急務となっている。２００７年度では、我が国におけるＣＯ２排出量のうち約２割を運輸部門が占めており、運輸部門におけるＣＯ２排出量削減が重要な課題となっている。特許文献１〜５には、電解槽からなる水素酸素ガス発生装置で水素酸素ガスを発生させてこれを車両の内燃機関に供給することで、ガソリンや軽油等の炭化水素燃料の完全燃焼を促進して排ガス浄化を図るとともに燃費改善を図る技術が提案されているが、これら技術は運輸部門におけるトラック・バス等の既存車両におけるＣＯ２排出量削減の最も有効な対策となるものとして期待されている。

しかしながら、従来の水素酸素ガス発生装置は後述のような重大な問題に直面し、その問題を未だ解決していないため、実用化されていない。従来の水素酸素ガス発生装置では、特許文献１〜５に記載のように、車載バッテリに電解槽を直結して車載バッテリの２４Ｖの定格電圧を陽極及び陰極間に供給するように構成されている。このように、車載バッテリの定格電圧で電解槽を運転すると、その電極間に、通常、２５〜６０アンペアもの大電流が連続的に流れる。一方、車載バッテリにはスタータやヘッドランプ及びウインカー等の電装品の他に車載ＡＶ機器やエアコン等の電気負荷（以下、これらを総称して車載電気負荷という）が接続されており、複数の車載電気負荷が同時に、しかも、連続的に稼動させられる場合があり、その状態では、バッテリ容量が短時間に減少してバッテリ残容量が低下する。このような状況下で、前記電解槽を常時、車載バッテリの定格電圧で連続的に運転すると、前記電解槽の電極間に流れる大電流によってバッテリ上りが生じ、不測の事態が発生する。その対策として、前記電解槽の定格を小さくして前記電極間に流れる電流を下げる方法が考えられる。しかしながら、この方法では、前記電解槽で生成可能な水素酸素ガスの発生量が低下し、本来の目的を充分に達成することができない。即ち、前記内燃機関の燃焼室に供給した主燃料の燃焼に対して充分な燃焼促進効果が得られない。

一般に、トラックやバス等の貨物車両では、高速道路を走行中に頻繁に加速が繰り返され、そのとき、軽油等の燃料噴射量が増大して、ＮＯｘ、ＨＣ，ＣＯ等の有害排ガスの排出量が増加すると共にＣＯ２の発生量も著しく増大する。上記のようにバッテリ上りを防止することを目的として、前記電解槽の定格を下げた場合は、生成可能な水素酸素ガスの発生量が著しく減少するため、上記のような加速時に増大する燃料噴射量に対して、水素酸素ガスの添加量が不足する。従って、前記燃焼室における主燃料の完全燃焼促進の効果が不十分となり、前述の優れた排ガス浄化作用とＣＯ２排出量削減効果とを効率的に達成することができない。

上記問題点を解消するためには、車載バッテリの他に、補助バッテリを車両に搭載して、前記電解槽の定格を上げて電解電流を増大させることが考えられるが、この方法では、バッテリ上りを完全に回避することには繋がらず、しかも、コストアップ要因ともなり、低コストにて広く装置を普及させることが困難となる。

米国特許第５２３１９５４号 米国特許第５３０５７１５号 米国特許第５４５８０９５号 特開平２００９−１３８６９６号 米国特許第６８６６７５６号（特開２００８−２７４３７８号）

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、車両のバッテリ上がりを未然に回避しながら運輸部門におけるＣＯ２排出量削減の有効な対策となる内燃機関用燃焼改善システム及び内燃機関用燃焼改善方法を提供するものである。

課題を解決するための手段およびその作用・効果

上記目的を達成するために、請求項１記載の内燃機関用燃焼改善システムは、車載バッテリを有する車両に搭載されていて、燃焼室と、前記燃焼室に炭化水素燃料を主燃料として供給する主燃料供給部とを有する内燃機関用燃焼改善システムであって：
前記車載バッテリの出力電圧を検出して電圧信号を出力する電圧センサと；
前記電圧信号に基づいて前記車載バッテリの出力電圧が下限電圧値以上の可電解電圧であるか否かを判定する可電解電圧判定部と；
前記可電解電圧に関連したデューティ比制御マップを記憶する記憶手段と；
前記車載バッテリの出力電圧が前記可電解電圧と判定されたきに前記デューティ比制御マップに基づいて所定のデューティ比のＰＷＭパルスを生成するＰＷＭパルス発生部と；
前記ＰＷＭパルスに応答してＯＮ／ＯＦＦ制御することにより前記車載バッテリの出力電圧を前記デューティ比に応じたパルス電圧に変換するスイッチング素子と；
前記スイッチング素子を介して前記車載バッテリに接続された陽極及び陰極を備え、前記パルス電圧に応答して水素酸素ガスを発生させて前記燃焼室に燃焼促進ガスとして供給する電解槽と；を備え、
前記主燃料に添加される前記燃焼促進ガスの発生量を前記可電解電圧に応じて可変制御することを要旨とする。

上記構成によれば、前記可電解電圧判定部により前記車載バッテリの出力電圧が前記下限電圧値以上と判定されたきに前記デューティ比制御マップに基づいて所定のデューティ比のＰＷＭパルスが生成される。このため、前記可電解電圧に応じて可変制御されたデューティ比のＰＷＭパルスでスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ制御して、前記車載バッテリの出力電圧を前記デューティ比に応じたパルス電圧に変換することができる。従って、前記電解槽には比較的高電圧の給電が可能となり、前記電解槽における水素酸素ガスの発生量を増大することができる。その結果、前記燃焼室内の主燃料の完全燃焼が促進され、車両の加速に伴う黒煙やＨＣやＣＯ等の有害成分とＮＯｘの排出量を著しく低減し、さらに、ＣＯ２削減にも著しく貢献する。一方、前記バッテリ電圧が下限値以下となった場合には、前記車載バッテリからの給電を遮断して電解槽の作動を遮断するため、バッテリ残容量の低下に伴うバッテリ上りを確実に回避することができる。このように、通常の運転状態では、前記電解槽を常に最大の電解効率で運転可能とし、トラックやバス等の運転部門におけるＣＯ２削減に顕著な効果をもたらす。

請求項２記載の内燃機関用燃焼改善システムにおいて、前記電解液が、アルカリ水溶液と、該アルカリ水溶液に対して添加された０．０１〜５重量％の気泡分離剤との混合溶液からなり、
前記気泡分離剤が、ポリエチレングリコール系界面活性剤、アセチレンジオール系界面活性剤及び多加アルコール系界面活性剤からなる群から選ばれた少なくとも１種類を含む非イオン系界面活性剤からなり、
前記気泡分離剤を前記電解槽の陽極及び陰極の表面に前記アルカリ水溶液と共に連続的に接触させることを要旨とする。

上記構成によれば、前記アルカリ水溶液に上記所定割合の気泡分離剤を添加したアルカリ水溶液を陽極及び陰極の表面に連続的に接触させるによって、前記電極表面に発生した大量の微小気泡からなる絶縁層が破壊されて、前記微小気泡が電極表面から連続的に離脱する。従って、前記電極表面には常に、新鮮な電解液が供給され、しかも、両電極間の電気抵抗が少なくなって電解効率が著しく向上する。このため、電解槽の消費電力を低減すると共に、水素酸素ガスの発生効率を向上させる効果がある。

請求項３記載の内燃機関用燃焼改善方法は、車載バッテリを備えた車両に搭載されている内燃機関の燃焼改善方法であって：
炭化水素燃料からなる主燃料を低噴射量パターンで前記内燃機関の燃焼室に供給する工程と；
前記車載バッテリの出力電圧が下限電圧値以上の可電解電圧であるか否かを判定する工程と；
前記可電解電圧に関連したデューティ比制御マップを記憶する工程と；
前記車載バッテリの出力電圧が前記下可電解電圧であると判定されたきに前記デューティ比制御マップに基づいて所定のデューティ比のＰＷＭパルスを生成する工程と；
前記ＰＷＭパルスに応答してスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ制御することにより前記車載バッテリの出力電圧を前記デューティ比に応じたパルス電圧に変換する工程と；
前記パルス電圧に応答して電解槽を作動させて可変制御された発生量の水素酸素ガスを発生させて燃焼促進ガスとして前記燃焼室に供給する工程と；
前記低噴射量パターンで供給された前記主燃料と前記可変制御された発生量の燃焼促進ガスとを前記燃焼室で燃焼させる工程と；を含むことを要旨とする。

上記燃焼改善方法によれば、前記車載バッテリの出力電圧が前記下限電圧値以上と判定されたきに前記デューティ比制御マップに基づいて所定のデューティ比のＰＷＭパルスを生成し、前記ＰＷＭパルスに応答してスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ制御することにより前記車載バッテリの出力電圧を前記デューティ比に応じたパルス電圧に変換することが可能となる。この結果、前記陽極及び前記陰極間には前記車載バッテリの可電解電圧に応じて可変制御された出力電圧の供給が可能となる。そのため、前記車載バッテリの出力電圧が可電解電圧であると判定された場合には、前記可電解電圧に応じて可変制御された出力電圧で前記電解槽を作動させることができ、前記内燃機関の燃焼室には、充分な発生量の水素酸素ガスを供給することが可能となり、前記主燃料の完全燃焼を著しく促進させることができる。このため、トラックやバス等の大型車両による黒煙やＨＣやＣＯ等の有害成分とＮＯｘの排出量を著しく低減し、さらに、ＣＯ２削減にも著しく寄与するため、実用上の効果が大きい。また、前記車載バッテリの出力電圧が前記下限電圧値以下と判定されたきには、前記電解槽の作動が遮断される構成となっているため、車両のバッテリ上りを未然に確実に回避しながら、最大のＣＯ２削減効果を達成することができ、実用上の効果が大きい。

以下、本発明の実施例による内燃機関用燃焼改善システム１０を車両（図示せず）に搭載されたディーゼルエンジン１２に適用したものとして説明する。図１において、車両には燃料タンクＦＴが搭載され、その中に軽油又は天然ガス等の炭化水素燃料が主燃料として貯留される。燃料タンクＦＴからの主燃料は、主燃料供給部の一部を構成する、燃料噴射ポンプ１４によってディーゼルエンジン１２の燃焼室１６内に燃料噴射弁（図示せず）を介して噴射される。燃料噴射ポンプ１４は電子ガバナ１８を備え、電子ガバナ１８は、例えば、リニアＤＣモータ又はアクチュエータからなる。電子ガバナ１８にはコントロールラック（図示せず）が連結されており、電子ガバナ１８は、後述のごとく、制御信号に応答してコントロールラックの移動位置を規定することで、主燃料の噴射量を制御するように構成される。前記車両は、さらに、エンジン１２の回転数及びその回転位相を検出してエンジン回転数Ｎｅを出力するエンジン回転センサ２０と、車両のアクセルペダルの開度ＡＰＳをエンジン負荷又はエンジントルクとして検出するトルク検出手段としてのアクセル開度センサ２２とを備える。

前記車両の車室内（図示せず）には電子制御装置（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）２４が設置され、ＥＣＵ２４は例えば、ＣＰＵ（マイクロプロッセサ）、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入出力インターフェース等を具備する所謂マイクロコンピュータを含んで構成される。ＣＰＵはＲＡＭの一時記憶機能を利用しつつ予めＲＯＭに記憶された各種制御プログラムや制御マップ等に従って信号処理を行うことにより、エンジン１２の燃料噴射量の制御を実行するようになっている。このようにＥＣＵ２４は燃料噴射量に対応した出力信号Ｅｏｕｔを電子ガバナ１８に出力してこれを駆動制御するように構成される。前記ＲＯＭに記憶される制御マップとしては、エンジン回転数Ｎｅと電子ガバナ１８の駆動量（コントロールラックの移動量：以下、「ラック位置」と称する）の関係を示す基準噴射量パターンＡと低噴射量パターンＢの制御マップ（図２参照）が格納されている。ＥＣＵ２４は前記低噴射量パターンＢの制御マップを参照して、エンジン回転数Ｎｅに対応したラック移動量に相当する出力信号Ｅｏｕｔを電子ガバナ１８に出力する。このとき、電子ガバナ１８はこの出力信号に応答してコントロールラックを低燃料噴射量側に移動させて、前記基準噴射量パターンＡの燃料噴射量よりも少ない燃料噴射量の低噴射量パターンＢで燃料噴射量を少なくするように制御している。ＥＣＵ２４の入力ポートにはこの目的のために後述の燃料噴射量設定コマンドＣＭが供給される。

図３はＥＣＵ２４により実行される低噴射量設定制御ルーチンを示しており、このルーチンは所定周期で、例えば、４ｍｓ毎の割り込みによって実行される。先ず、エンジン運転状態検出手段に相当するステップＳ１において、エンジン回転数Ｎｅが読込まれる。ステップＳ２において、後述の燃料噴射量設定コマンドＣＭがあるか否かが判断される。ステップＳ２の判断が否定されると、ステップＳ１に戻り、それ以降のステップが繰り返される。ステップＳ２の判断が肯定されると、低噴射量設定手段に相当するステップＳ３において、基準噴射量パターンＡの燃料噴射量よりも少ない燃料噴射量の低噴射量パターンＢに設定される。ステップＳ４において、電子ガバナ１８がＯＮ動作される。次に、コントロールラックの低噴射側設定手段に相当するステップＳ５において、コントロールラックの移動量が燃料の低噴射側に設定され、電子ガバナ１８はコントロールラックを駆動してラック位置が低噴射側となるように規定する。このように、ＥＣＵ２４に燃料噴射量設定コマンドＣＭが供給されている場合、即ち、後述の燃焼促進ガスがエンジン１２に供給されている状態では、電子ガバナ１８はコントロールラックのラック位置を低噴射側に規定するため、燃料噴射ポンプ１４は低噴射量パターンＢに基づいて主燃料をエンジン１２に供給する。

図２の制御マップにおいて、点線はエンジン回転数とコントロールラックの移動位置（燃料噴射量）との関係における基準噴射量パターンＡを示し、実線は低噴射量パターンＢを示す。基準噴射量パターンＡにおいて、調整点Ａ１はエンジン始動時の回転数に於ける始動時燃料噴射量増量点を示し、調整点Ａ２は低速時の回転数に於ける管理トルク点、調整点Ａ３は中速時の回転数に於ける中間トルク点、調整点Ａ４は定格回転数に於ける定格点をそれぞれ、示す。本実施例で設定される低噴射量パターンＢは基準噴射量パターンＡの噴射量増量点Ａ１，管理トルク点Ａ２，中間トルク点Ａ３、定格点Ａ４よりも低燃料噴射量側にラック位置の移動量が規定されるように調整点Ｂ１〜Ｂ４が設定されている。このため、前述のように、ＥＣＵ２４に燃料噴射量設定コマンドＣＭが供給された場合は、電子ガバナ１８を介してコントロールラックのラック位置が低噴射量側となるように制御される。

図１に戻って、エンジン１２によって交流発電機（オルタネータ）ＡＬＴが駆動され、オルタネータＡＬＴの出力電力は車載バッテリ３０（例えば、２４Ｖ定格）に充電される。車載バッテリ３０にはスタータやヘッドランプ等の電装品の他に車載ＡＶ機器やエアコン等の車載電気負荷３２が接続されている。本実施例によれば、ディーゼルエンジン１２の吸気系３４には内燃機関用燃焼改善システム１０の一部を構成する電解槽３６が接続されている。

図１において、電解槽３６はＭＯＳＦＥＴ等の半導体スイッチからなるスイッチング素子３８を介して車載バッテリ３２に接続され、該スイッチング素子３８は制御ユニット４０により、後述のごとく、ＯＮ／ＯＦＦ制御される。電解槽３６は陽極４２及び陰極４４と、これら両電極が浸漬された電解液４６を有する。電解作用時には陽極４２及び陰極４４の表面に水素及び酸素の微細気泡による絶縁層がそれぞれ形成され、これら絶縁層の形成によって、電解効率が著しく低下する。これら絶縁層を効率よく破壊して電解効率を増加させるため、本実施例では、前記電解液４６がアルカリ水溶液と、該アルカリ水溶液に添加された、非イオン系界面活性剤からなる気泡分離剤とを含む。具体的には、アルカリ水溶液に対して非イオン系界面活性剤が添加され、その添加量は、典型的には０．０１％以上、好適には、０．１％以上で、典型的には５％以下、好適には１％以下となるように選択される。非イオン系界面活性剤の添加量が０．０１％以下であると、気泡分離剤としての効能が不十分であり、非イオン系界面活性剤の添加量が５％以上では、気泡分離剤としての効能があまり向上することにはならず、生産コストが上昇することにため、好ましくない。非イオン系界面活性剤は、典型的には、ポリエチレングリコール系界面活性剤、アセチレンジオール系界面活性剤及び多加アルコール系界面活性剤からなる群から選ばれた少なくとも１種類からなる。ポリエチレングリコール系界面活性剤としては、例えば、ノニルフェノールエチレンオキシドが挙げられる。アセチレンジオール系界面活性剤としては、典型的には、疎アルカリ水溶液基としてアルキル基を有し、親アルカリ水溶液基として３重結合及びアルカリ水溶液酸基を有するものが挙げられる。ここで、３重結合を有することにより、高い電子密度が得られ、この部分が電極表面との親和性を高めて、良好な気泡離脱性をもたらすことで絶縁層の破壊に効果がある。多加アルコール系界面活性剤としては、グリセロール脂肪酸エステルが挙げられる。このように、アルカリ水溶液に、非イオン系界面活性剤を含む気泡分離剤を添加することにより、電解液の表面張力を低下させると同時に、電解作用中に、電極表面から微小気泡を速やかに離脱させることが可能となり、電極表面の絶縁層を破壊して電解効率を著しく、向上する。電解槽３６のアウトレット４８は燃焼促進ガス供給ライン５０を介してディーゼルエンジン１２の吸気系３４に接続されていて、水素酸素ガスからなる燃焼促進ガスをエンジン１２に供給する。制御ユニット４０には電圧センサ５２と制御マップメモリ５４が接続されている。

電圧センサ５２は車載バッテリ３０の出力電圧を検出して電圧信号を制御ユニット４０に供給する。制御マップメモリ５４には図４に示されるようなデューティ比制御マップが格納されており、この制御マップが制御ユニット４０に供給される。図４において、横軸は車載バッテリ３０の可電解電圧（Ｖ）を示し、縦軸は前記スイッチング素子３８を駆動するための駆動信号の作成に利用されるＰＷＭパルスのデューティ比を示す。ここで、「可電解電圧」とは、車載バッテリ３２のバッテリ上りを未然に防止するための前記電解槽３６を運転可能な電圧を示す。より具体的に云えば、図４において、可電解電圧は、車載バッテリ３２の出力電圧（例えば、定格２４Ｖ）のうち、例えば、２１Ｖの下限電圧値以上の電圧で規定された電圧とされる。車載バッテリ３２の可電解電圧が２１Ｖの下限電圧値以下になると、前記スイッチング素子３８はＯＦＦとされて前記電解槽３６の作動が遮断される。

図４において、可電解電圧が２１Ｖの下限電圧値以下では、前記スイッチング素子３８はＯＦＦとされ、一方、可電解電圧が２１Ｖの下限電圧値と超えると、グラフＡに示されるように、ＰＷＭパルスのデューティ比が、例えば、２０％乃至５０％の間で連続的に変化するように制御される。デューティ比が２０％のときは前記電解槽３６への供給電圧は約４．２Ｖとなり、一方、デューティ比が５０％のときは前記電解槽３６への供給電圧は約１２Ｖとなる。このように可電解電圧が低い状態では電解電圧が低下するため、電解槽３６に流れる電流が少なくなり、この電流低下に応じて前記電解槽３６の消費電力が著しく低減し、しかも、可電解電圧が下限電圧値以下になると、前記電解槽３６の運転が遮断されるため、バッテリ上りが効果的に回避される。なお、可電解電圧が下限電圧値以上では、可電解電圧に応じてデューティ比が可変制御されるため、前記電解槽３６の電解効率が上昇して所定発生量の水素酸素ガスを供給可能となる。

次に、上記のように構成された制御ユニット４０について説明する。図１において、制御ユニット４０はＣＰＵ（マイクロプロセッサ）、ＲＡＭ，ＲＯＭ及び入力／出力インターフェースを有するマイクロコンピュータを備え、車載バッテリ３０の可電解電圧の変化に応じたデューティ比のＰＷＭパルスを出力する。さらに、制御ユニット４０はデューティー比制御の実行期間中に燃料噴射量設定コマンドＣＭをＥＣＵ２４に出力する。制御ユニット４０には電圧センサ５２と制御マップメモリ５４から電圧信号とがデューティ比制御マップがそれぞれ、供給される。制御ユニット４０は電圧センサ５２から出力された電圧値をＡ／Ｄ変換部６０により読み取ってＣＰＵからなる可電解電圧判定部６２に該電圧値を供給する。可電解電圧判定部６２は制御ユニット４０のＲＯＭから供給された下限電圧値のデータと前記Ａ／Ｄ変換部６０により読み取った電圧値を比較し、前記Ａ／Ｄ変換部６０により読み取った電圧値が下限電圧値を超える場合は、可電解電圧であるとして判定し、その判定結果を前記ＣＰＵからなるＰＷＭ出力部６４に出力する。ＰＷＭ出力部６４は制御マップメモリ５４から出力されたデューティ比制御マップを読み込む。次に、ＰＷＭ出力部６４はデューティ比制御マップに基づいて可電解電圧の増加に応じて増加するデューティー比のＰＷＭパルスを生成してドライバ回路６６に出力する。さらに、制御ユニット４０はＯＮ状態のときに前述の制御コマンドＣＭをＥＣＵ２４に出力する。ドライバ回路６６はＰＷＭパルスに応答してスイッチング素子３８をＯＮ／ＯＦＦ制御することで、車載バッテリ３０の出力電圧を可変デューティ比のパルス電圧に変換して電解槽３６に供給する。

図５は前記制御ユニット４０によるデューティー比制御ルーチンを説明するためのフローチャートであり、このシーケンスは所定周期で繰り返し、実行されるものである。

先ず、ステップＳＡ１において、電圧センサ５２からの電圧信号に基づいてバッテリ電圧が読み込まれる。次に、ステップＳＡ２において、デューティー比制御マップが読み込まれる。可電解電圧判定部６２に対応するステップＳＡ３において、制御ユニット４０のＲＯＭから供給された下限電圧値のデータとステップＳＡ１において読み取った電圧値とを比較し、バッテリ電圧が下限電圧値以上の可電解電圧であるか否かが判定される。ステップＳＡ３の判断が否定されると、ステップＳＡ４に進み、スイッチング素子３８がＯＦＦとされる。一方、ステップＳＡ３の判断が肯定されると、ステップＳＡ５において、ステップＳＡ２において読み込んだデューティー比制御マップに基づいて、可電解電圧の増加に応じて増加するデューティー比のＰＷＭパルスを生成してドライバ回路６６に出力する。次に、コマンド出力部６５に対応するステップＳＡ６において、制御コマンドＣＭが出力され、この制御コマンドＣＭはＥＣＵ２４に出力されて前述の燃料噴射量パターンの制御に利用される。

上記のように、本発明によれば、前記ディーゼルエンジン１２の燃焼室１６には前記吸気系３４を介して車載バッテリ３０の可電解電圧状態（残容量）に応じて可変制御された出力電圧を電解槽３６に供給可能とし、車載バッテリ３０の残容量が少ない時、即ち、可電解電圧が下限値を下回った時に、自動的にスイッチング素子３８をＯＦＦとしたため、車両のバッテリ上りを未然に防止可能となり、不測の事態を回避できる。また、車載バッテリ３０の出力電圧が可電解電圧となっている場合は、可電解電圧に応じて可変制御された出力電圧で電解槽３６の運転を可能としたため、電解槽３６からは可電解電圧に応じて可変制御した発生量の水素酸素ガスを燃焼促進ガスとしてディーゼルエンジン１２の燃焼室１６に供給可能となる。一方、制御ユニット４０から燃料噴射量設定コマンドＣＭがディーゼルエンジン１２のＥＣＵ２４に供給され、ＥＣＵ２４が燃料噴射量設定コマンドＣＭに応答して電子ガバナ１８により、コントロールラックの移動位置を低燃料噴射量側に規定するため、燃料噴射ポンプ１４は低燃料噴射量にて作動する。従って、前記ディーゼルエンジン１２では燃焼促進ガスの存在下で低噴射量の燃料が燃焼室１６において希薄状態で燃焼される。燃焼促進ガスの火炎伝搬速度は極めて速いため、軽油等の炭化水素燃料は燃焼室１４に噴射されたときに高速にて気化され、その結果、ガス状混合気の完全燃焼が促進される。従って、ＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘ等の有害成分が大幅に低減され、さらには、希薄状態の燃焼を可能にすることにより、益々、ＣＯ２削減が促進される効果がある。

以上、本発明の好適な実施例を図面に基づき詳細に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、次のような別々の態様においても実施可能である。

本発明はディーゼルエンジンに適用したものとして説明したが、本発明による内燃機関用燃焼改善システムは、ガソリンエンジン、エタノールエンジン、ガソリン・エタノール混合エンジン、軽油・エタノール混合エンジン、プロパンガス（ＬＰＧ）エンジン又は天然ガスエンジン等が含まれる。

前述の実施例において、制御マップメモリ５４は独立したものとして説明されたが、制御ユニット４０のＲＯＭにデューティ比制御マップを格納してもよい。

前述の実施例において、図４に示したデューティ比制御パターンでは、デューティ比を直線的に可変制御するものとして示したが、デューティ比を図４においてグラフＢで示すように、車載バッテリの可電解電圧に応じて、段階的に変化させるように制御しても構わない。なお、デューティ比は１例として、２０〜５０％の間で変化するものとして示したが、他のデューティ比の範囲で設定しても構わない。

図１は、本発明の実施例による内燃機関用燃焼改善システムのブロック図を示す。 図２は、燃料噴射量（ラック位置）とエンジン回転数との関係を示す燃料噴射量制御マップを示す。 図３は、図２のＥＣＵにより実行される低噴射量設定制御ルーチンの要部を示すフローチャートである。 図４は、図１の制御ユニットにより利用されるデューティ比と可電解電圧との関係を示すデューティ比制御マップを示す。 図５は、図１に示した制御ユニットにより実行されるデューティ比制御ルーチンの要部を示すフローチャートである。

１２ ディーゼルエンジン
１４ 燃料噴射ポンプ
１６ 燃焼室
１８ 電子ガバナ
２４ 電子制御ユニット
３０ 車載バッテリ
３２ 電気負荷
３４ 吸気系
３６ 電解槽
３８ スイッチング素子
４０ 制御ユニット
５０ 燃焼促進ガス供給ライン

Claims (3)

1. 車載バッテリを有する車両に搭載されていて、燃焼室と、前記燃焼室に炭化水素燃料を主燃料として供給する主燃料供給部とを有する内燃機関用燃焼改善システムであって：
   前記車載バッテリの出力電圧を検出して電圧信号を出力する電圧センサと；
   前記電圧信号に基づいて前記車載バッテリの出力電圧が下限電圧値以上の可電解電圧であるか否かを判定する可電解電圧判定部と；
   前記可電解電圧に関連したデューティ比制御マップを記憶する記憶手段と；
   前記車載バッテリの出力電圧が前記可電解電圧と判定されたきに前記デューティ比制御マップに基づいて所定のデューティ比のＰＷＭパルスを生成するＰＷＭパルス発生部と；
   前記ＰＷＭパルスに応答してＯＮ／ＯＦＦ制御することにより前記車載バッテリの出力電圧を前記デューティ比に応じたパルス電圧に変換するスイッチング素子と；
   前記スイッチング素子を介して前記車載バッテリに接続された陽極及び陰極を備え、前記パルス電圧に応答して水素酸素ガスを発生させて前記燃焼室に燃焼促進ガスとして供給する電解槽と；を備え、
   前記主燃料に添加される前記燃焼促進ガスの発生量を前記可電解電圧に応じて可変制御することを特徴とする内燃機関用燃焼改善システム。
2. 前記電解液が、アルカリ水溶液と、該アルカリ水溶液に対して添加された０．０１〜５重量％の気泡分離剤との混合溶液からなり、
   前記気泡分離剤が、ポリエチレングリコール系界面活性剤、アセチレンジオール系界面活性剤及び多加アルコール系界面活性剤からなる群から選ばれた少なくとも１種類を含む非イオン系界面活性剤からなり、
   前記気泡分離剤を前記電解槽の陽極及び陰極の表面に前記アルカリ水溶液と共に連続的に接触させることを特徴とする燃焼改善システム。
3. 車載バッテリを備えた車両に搭載されている内燃機関の燃焼改善方法であって：
   炭化水素燃料からなる主燃料を低噴射量パターンで前記内燃機関の燃焼室に供給する工程と；
   前記車載バッテリの出力電圧が下限電圧値以上の可電解電圧であるか否かを判定する工程と；
   前記可電解電圧に関連したデューティ比制御マップを記憶する工程と；
   前記車載バッテリの出力電圧が前記下可電解電圧であると判定されたきに前記デューティ比制御マップに基づいて所定のデューティ比のＰＷＭパルスを生成する工程と；
   前記ＰＷＭパルスに応答してスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ制御することにより前記車載バッテリの出力電圧を前記デューティ比に応じたパルス電圧に変換する工程と；
   前記パルス電圧に応答して電解槽を作動させて可変制御された発生量の水素酸素ガスを発生させて燃焼促進ガスとして前記燃焼室に供給する工程と；
   前記低噴射量パターンで供給された前記主燃料と前記可変制御された発生量の燃焼促進ガスとを前記燃焼室で燃焼させる工程と；
   を含むことを特徴とする内燃機関用燃焼改善方法。

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