JP2598622B2 - 内燃機関又は燃焼装置を運転するための方法及び装置 - Google Patents

内燃機関又は燃焼装置を運転するための方法及び装置

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は液状燃料を燃焼室内へ供給する前に加熱する
形式の内燃機関又は燃焼装置を運転するための方法に関
する。さらに本発明は請求項９の上位概念に基づく装置
に関する。
内燃機関の運転においては、燃料を燃焼室内へ供給す
る前に予熱装置内で予熱し、これにより特に燃費を改善
しかつさらに加熱中の燃料の膨張により有害拡散物を効
果的に抑制することは公知である。
DE−OS 3203764号特許明細書によれば、例えば火花
点火式又は自己点火式の往復ピストン内燃機関又は定置
の燃焼装置のような燃焼機関のための液状又はガス状燃
料を供給する装置が公知であり、その場合、燃料導管内
に予熱装置が組み込まれている。この予熱装置は燃料を
所定の温度まで加熱し、これにより有害拡散物をわずか
ながら効果的に抑制するように構成されかつ制御されて
いる。
本発明の課題は、内燃機関の運転時又は燃焼装置の運
転時でも有害拡散物を著しく軽減できるような冒頭に述
べた形式の方法及び装置を提供することにある。この課
題を解決した本発明の要旨は冒頭に述べた方法において
請求項１の特徴概念に記載した通りである。本発明方法
の主たる実施態様は請求項２から10までに記載されてい
る。
請求項11にはこの方法を実施する装置が記載されてい
る。この装置の主たる実施態様は請求項12から23までに
記載されている。
本発明による方法及び装置では、燃料が予熱装置内で
４段階で加熱されて準備される。内燃機関若しくは燃焼
装置の運転のために使用される燃料の種類に応じて、次
の加熱段階のために連続的に同じパラメータが冬季運動
でも夏季運動でも維持されるように、まず予熱段階では
燃料が40ないし60℃の基本温度まで加熱される。予熱段
階に続く第２の予熱又は加熱段階、要するに膨張段階で
は、燃料が（その種類に応じて）50ないし150℃の温度
まで加熱されてエネルギー密度を維持したまま膨張させ
られ、次いで続く第３の段階（反応段階）で燃料が（や
はりその種類に応じて）80ないし200℃の温度まで加熱
されて内分子的な不安定状態にされる。この内分子的な
不安定状態で、さらに燃料は第４段階及び最終段階で、
燃料若しくは駆動物質が未だ蒸発若しくは気化しない温
度まで加圧下でさらに加熱され、これにより燃焼室内へ
の供給及び例えば気化器又は噴射ノズルなどによる空気
との混合の後に燃料空気混合物が形成され、この燃料空
気混合物が往復ピストン内燃機関では直接上死点でほぼ
残滓なくただちに燃焼し、解放されるエネルギーが最大
となりかつ有害拡散物が最小となる。燃料はこの状態で
容易に点火可能な細かい（液状の）噴霧となって直接気
化点若しくは蒸気遷移点に達する。このことは特に自己
点火式内燃機関では著しい利点をもたらす。火花点火式
内燃機関においても、供給された燃料空気混合物の点火
が最短時間で行われる。
制御電子装置により、個々の予熱段階及び加熱段階で
それぞれ到達すべき温度が正確に制御されなければなら
ない。同様に、予熱装置の手前の流量及び圧力のような
入力データ及び出力データを検出して、内分子的な不安
定状態の到達に関連して蒸気遷移点若しくは気化点の直
前に、燃料の種類に応じた運転温度が正確に予熱装置内
で制御されなければならない。
燃料の全体として得られる膨張と、容易かつ迅速な着
火性と、燃焼室内での物質状態変化とそれにより解放さ
れるエネルギーと、これにより合成される高いエネルギ
ー密度とにより、出力に関する著しい成果とほぼ残滓の
ない燃焼とが達成される。排ガスの後処理はほとんど不
要である。
本装置は従来の内燃機関でも後から装備可能であり、
これにより、燃費軽減は著しく向上し、有害拡散物は最
小に削減される。従来の乗用車用内燃機関では、実験に
より50ないし80％の範囲の燃料節約が確認されている。
同様に、17ないし23％の出力増大が観察された。
簡単な制御電子装置によりさらに、本発明の有利な構
成では、まず燃料空気混合物を120Vの負の電圧（点火栓
の陰極からシリンダ壁（電極）まで）の印加で分極する
ことにより、燃焼室内で点火装置を介して燃料空気混合
物の点火の準備がなされる。次いで点火栓の電極と陰極
との間の領域が320Vの負の電圧の印加によりイオン化さ
れ、これにより、点火栓の陰極と電極の周りにイオン化
された領域（雲）が形成される。3000ないし5000Vのオ
ーダーの負のスパイクパルス電圧の印加により、点火火
花が雲を点火し、これにより雲はプラズマ状態となり、
その際、20000℃までの著しく高い温度を生じる。これ
により、燃料空気混合物は全体として迅速かつ確実に点
火される。
内燃機関の運転のために瞬間的に不要となった燃料が
予熱装置内へ再供給される前に、気化温度に達している
燃料が燃料量分配器内でさらに加熱されるのを回避する
ために、本発明に基づく方法及び装置の特別有利な構成
では、独立した２つの燃料回路とこれらの間に接続され
た補償段とが設けられる。この場合効果的には、予熱装
置及び燃料量分配器が第１の燃料回路内に含まれる。第
２の燃料回路は燃料タンクに接続される。内燃機関の運
転のために不要となった燃料量が第１の燃料回路（戻り
回路）内に戻されると、補償タンク若しくは補償段内の
燃料が、燃料タンクから到来する予熱されていない燃料
と混合され、これにより、それまでの脱気プロセスが補
償されて再び所望の温度レベルが得られる。余分な燃料
量は第２の燃料回路内の戻し導管を介して燃料タンクへ
戻される。混合される燃料量は制御電子装置を介して運
転パラメータに依存して制御されなければならない。こ
のことのために、補償タンク内に電子的に制御される３
回路混合器を設けることができる。
次に図面に即して本発明をさらに説明する。図中、 第１図は本発明方法及び装置の流れ制御図を示し、 第２図は付加的な補償段を備えた本発明の別の流れ図
を示す。
図面には符号１をもって本発明に基づく方法を実施す
る装置全体を示し、この装置は図示の実施例では既存の
内燃機関又は燃焼装置でも一般的に装備される装置とし
て形成されることができ、例えば衝撃に耐えるプラスチ
ック又は金属から成るケーシングを備えている。
すべての構成部分はその場合熱的に絶縁されていなけ
ればならず、従って電力消費量は全体としてわずかであ
り、加熱してはならない部分には熱がまったく作用しな
い。制御電子装置はケーシングの内部に設けたコンタク
トストリップ内のハイブリッドとして形成されかつ固定
されている。燃料のための外部供給管片は工業規格に準
じて形成されており、従ってオットー機関又はディーゼ
ル機関を備えた既存の自動車にも適合される。ケーシン
グはさらに自動車への固定のために振動を減衰するマウ
ンティングを備えることができる。
符号２で液状燃料、例えばスーパー又はディーゼル燃
料のためのタンクが示されている。タンク２からは燃料
導管３が燃料ポンプ４へ通じており、この燃料ポンプ４
の下流にはチェック弁５、流れセンサ６及び圧力センサ
７が配置されている。流れセンサ６及び圧力センサ７は
それぞれ導線8,9を介して、全体を符号10で示した制御
電子装置に接続されており、この制御電子装置は燃料の
種類に応じた流れ量と圧力とを考慮することができる。
電圧供給は発電機11を介して行われ、この発電機11には
回転数検出のためのセンサ12が配置されており、このセ
ンサも制御電子装置10に接続されている。自動車電気系
統ブレード13が制御電子装置10に設けたネットワークプ
レパレーションシステム14に接続されている。
予熱装置は全体として符号15により示されている。こ
の予熱装置15はサーモ・コアキシャル・ヒータコイルと
して形成されており、有利にはコイル当たり36cmの12の
コイルを備えており、8mmの最小内径を有する銅管から
成っている。ヒータコイルは絶縁材16により囲われてい
る。全体としてこのヒータコイルは４段に形成されてお
り、要するにそれぞれ４つの加熱素子／サーモセンサ素
子17,18,19,20が設けられている。制御電子装置10を介
して各加熱素子が制御され、その場合それぞれの段内の
目標値と実際値との比較に依存して貫流されるべき燃料
が1/10゜の精度で正確に調整される。コイル15の出力側
にはさらに別のサーモセンサ21が配置されており、この
サーモセンサ21は制御電子装置10に出口温度を応答す
る。サーモ圧力導管22を介して燃料が燃料量分配器23、
例えば気化器、噴射ポンプ又はディストリビュータに供
給され、この燃料量分配器から燃料若しくは燃料空気混
合物が内燃機関若しくは燃焼装置の燃焼室内に達する。
第２図に示す実施例では、同じ部分が同じ符号で示さ
れている。この場合、図面簡単のため、予熱装置15の詳
細な図示は省かれている。
この実施例では、２つの独立した燃料回路Ｉ及びIIが
設けられており、これらの燃料回路は補償タンク24を介
して互いに接続されている。第１の燃料回路Ｉは予熱装
置15と燃料量分配器23とを含んでいる。付加的にはさら
に作業ポンプ25が設けられている。さらに圧力測定部26
が配置されている。さらにアキュムレータ27が設けられ
ている。燃焼室に供給されなかった燃料量は燃料量分配
器23から第１の燃料回路Ｉの戻し導管I.1を介して補償
タンク24に供給される。第２の燃料回路IIの圧力導管３
が同様に補償タンク24に接続されている。補償タンクの
上流にはこの圧力導管３に混合器28が接続されており、
その結果、燃料量が−やはり電子的に制御されて−補償
タンク内へ案内される前にバイパス導管II.2を介して、
燃料タンク２へ通じた戻し導管II.3へ戻される。
燃料量分配器23内でほぼ機関温度まで加熱された不要
な燃料量は、戻し導管I.1内に戻されると、（膨張し
て）脱気プロセスを生じることも有り得るが、予熱され
ていない燃料と補償タンク24内で混合される。図示され
ていないが、補償タンク24内には電子的に制御される３
回路混合器が配置されており、この混合器を介して、燃
料内に所望のパラメータ（温度）が調整されるまで燃料
が混合される。過剰な燃料量は戻し導管II.3を介して再
び燃料タンク２へ戻される。

Claims (23)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】液状燃料を燃焼室内へ供給する前に加熱す
    る形式の内燃機関又は燃焼装置を運転する方法におい
    て、燃料を燃焼室内へ供給する前に、 ａ）予熱段階で燃料を40ないし60℃の基本温度まで加熱
    し、 ｂ）膨張段階で燃料をエネルギー密度を変えることなく
    50ないし150℃の温度まで加熱しつつ膨張せしめ、 ｃ）次の反応段階で燃料を80ないし200℃まで加熱する
    ことにより内分子的な不安定状態へ移行せしめ、 ｄ）蒸発段階で燃料を2.5ないし40バールの圧力まで高
    めながら気化温度まで加熱する ことにより、ほぼ気化温度にて内分子的な不安定状態に
    することを特徴とする内燃機関又は燃焼装置を運転する
    方法。
  2. 【請求項２】燃料の温度を各予熱段階及び加熱段階で別
    々に検出し、目標値と実際値との比較に依存して制御す
    ることを特徴とする請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】気化温度で加圧されて供給された燃料を圧
    縮空気と混合し、この燃料空気混合物を点火装置により
    負の点火パルスで点火することを特徴とする請求項２記
    載の方法。
  4. 【請求項４】点火装置に負の電圧を印加して燃料空気混
    合物を分極することにより点火を準備することを特徴と
    する請求項３記載の方法。
  5. 【請求項５】分極を120Vの負の電圧の印加により行うこ
    とを特徴とする請求項４記載の方法。
  6. 【請求項６】点火栓の電極と陰極との間の、燃焼室内の
    空間領域を負の電圧の印加によりイオン化することを特
    徴とする請求項３から５までのいずれか１項記載の方
    法。
  7. 【請求項７】点火装置の電極と陰極との間の前記領域の
    イオン化をほぼ320Vの負の電圧により行うことを特徴と
    する請求項６記載の方法。
  8. 【請求項８】3000Vないし5000Vの負のスパイクパルス電
    圧により点火装置の点火火花を生じることを特徴とする
    請求項４から７までのいずれか１項記載の方法。
  9. 【請求項９】燃焼室内へ供給されなかった予熱された燃
    料を補償段で、予熱されていない新鮮空気と混合するこ
    とを特徴とする請求項１から８までのいずれか１項記載
    の方法。
  10. 【請求項１０】補償段では、加熱されていない燃料の混
    合により燃料を気化温度より下の所定の温度まで戻し冷
    却し、かつ余分な燃料量を補償段から排出することを特
    徴とする請求項９記載の方法。
  11. 【請求項１１】内燃機関又は燃焼装置の運転のための装
    置であつて、点火装置と、入口及び出口通路を備えた燃
    焼室とが設けられており、この燃焼室に、燃料タンク
    （２）及び燃料供給導管（３）を備えた燃料供給装置を
    介して液状燃料及び又は燃料空気混合物が供給されるよ
    うになっており、この燃料供給装置が、供給すべき燃料
    のための予熱装置（15）を備えている形式の、特に請求
    項１から10までのいずれか１項記載の方法を実施するた
    めの装置において、予熱装置（15）が４段階に形成され
    ておりかつ各段に加熱素子（17,18,19,20）と温度セン
    サとを備えており、予熱装置から流出した燃料がサーモ
    圧力導管（22）を介して燃焼室に供給されることを特徴
    とする内燃機関又は燃焼装置を運転するための装置。
  12. 【請求項１２】供給すべき燃料のための燃料量分配器
    （23）が設けられており、前記予熱装置（15）がこの燃
    料量分配器（23）の上流に配置されていることを特徴と
    する請求項11記載の装置。
  13. 【請求項１３】制御電子装置（10）により加熱素子（1
    7,18,19,20）が目標値と実際値との比較に依存して各段
    階ごとに制御されることを特徴とする請求項11又は12記
    載の装置。
  14. 【請求項１４】予熱装置が加熱コイルとして形成されて
    いることを特徴とする請求項11から13までのいずれか１
    項記載の装置。
  15. 【請求項１５】加熱コイルが8mmの最小径を有する銅管
    により形成されていることを特徴とする請求項13記載の
    装置。
  16. 【請求項１６】加熱コイルが12のコイルを有しているこ
    とを特徴とする請求項13又は14記載の装置。
  17. 【請求項１７】加熱コイルが１コイル当たり36cmの長さ
    を有していることを特徴とする請求項16記載の装置。
  18. 【請求項１８】予熱装置（15）の上流に、制御電子装置
    （10）に接続可能な流れセンサ（６）及び圧力センサ
    （７）と、調節可能なチェック弁（５）とが配置されて
    いることを特徴とする請求項11から17までのいずれか１
    項記載の装置。
  19. 【請求項１９】予熱装置（15）の下流に、制御電子装置
    （10）に接続可能な負圧スイッチが配置されていること
    を特徴とする請求項11から18までのいずれか１項記載の
    装置。
  20. 【請求項２０】予熱装置（15）及び燃料量分配器（23）
    が第１の燃料回路（Ｉ）に接続されており、燃料タンク
    （２）が第２の燃料回路（II）に接続されており、第１
    及び第２の燃料回路（I,II）が補償タンク（24）を介し
    て接続可能であることを特徴する請求項11から19までの
    いずれか１項記載の装置。
  21. 【請求項２１】補償タンク（24）が、第１の燃料回路
    （Ｉ）内の燃料の流れ方向で燃料量分配器（23）の下流
    に配置されていることを特徴とする請求項19記載の装
    置。
  22. 【請求項２２】補償タンク（24）から燃料タンクへ燃料
    が戻し案内されることを特徴とする請求項20又は21記載
    の装置。
  23. 【請求項２３】補償タンク（24）が電子的に制御可能な
    ３回路混合器を備えていることを特徴とする請求項22記
    載の装置。
JP6521590A 1993-03-26 1994-03-08 内燃機関又は燃焼装置を運転するための方法及び装置 Expired - Lifetime JP2598622B2 (ja)

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