JPH0152655B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は燃焼に供される空気中に、水たアルコ
ール、両者の混合物等の燃焼補助剤を供給するた
めの燃焼補助剤の供給装置に関するものである。 自動車や農耕機、船舶、ボイラー等に用いられ
るガソリンエンジン、デイーゼルエンジンといつ
た内燃機関や外燃機等において、その燃料である
ガソリンや軽油や重油に適量の水分、又はアルコ
ール類のような含酸素炭化水素等の燃焼補助剤を
混合することで燃焼効率が向上するばかりでな
く、排気中に好まれる一酸化炭素CO、炭化水素
HO、窒素酸化物NOxの含有率が低下することが
確められている。ところが、このような燃焼補助
剤を添加混合する場合、従来においては燃料中に
燃焼補助剤を混合して両者を同時に気化すること
が一般的に行なわれており、これがために次のよ
うな問題点を有している。すなわち両者の混合を
均一に保つことが困難であることが始動時や負荷
変動時が不安定性になりやすい。例えば燃料中に
水を混入した場合、燃料である炭化水素は水に対
して不溶性であるために燃料と水とを均一に混合
することが難しく、静止状態におけば水相と油相
とに相分離を起こし、比重の大きい水が燃料タン
クの底部に沈下し、燃料が上層に位置するために
場合によつては水だけがエンジンに供給されて、
エンジンが始動しなかつたり停止したりしてしま
う。またメタノールやエタノール等のアルコール
類、アセトンといつた含酸素炭化水素を燃焼補助
剤とする場合でも、これらは燃料と比較的よく溶
解混合するものの気温の低下による溶解度の低下
がおこり、その結果燃料と燃焼補助剤との相分離
を招く。しかも上記燃焼補助剤が水溶性であるが
故に、燃料に含まれる一部の水と燃焼補助剤とが
よく溶解混合し、燃料に対する燃焼補助剤の溶解
度を低下させ、水の場合と同様に燃料との間に相
分離をきたしてしまことは多く経験されているこ
とである。従つてアルコール類を燃焼補助剤とす
る時には低級から高級までの各種を混合し、上記
の問題点を防ぐ手段がとられているものの、万全
ではない。更にデイーゼルエンジンなどにおいて
は燃料である軽油や重油に対する水やアルコール
類の溶解混合が殊に難し、このために常に撹拌手
段といつた補助手段を用いることで均一に混合を
助け、そしてマニホールド内やシリンダー中に混
合液を噴射して混合微粒子を形成している。そし
てこのように燃料と燃焼補助剤との混合状態が均
一に保たれるような手段を講ずる必要があるばか
りでなく、燃料中に燃焼補助剤を予め混入してお
くために燃料に対する燃焼補助剤の混入の割合を
負荷変動に応じて変えることができないという問
題点も有している。ボイラーのように常に一定の
燃焼を続ける場合はともかく、始動、走行、停止
を繰り返す上に常に走行速度を変える自動車など
のエンジンにおいてはその走行開始時、つまり加
速時には空燃比を下げて燃料を多くしてパワーア
ツプを図るとともにノツキングの発生を防止して
いるのであるが、燃料の増加とともに水や低カロ
リーのアルコール類といつた燃焼補助剤も増加す
るものであるから本来のパワーアツプを図ること
ができず、逆にパワーを低下させてしまう事態を
生ずることもある。燃焼補助剤が水のみである時
に特に顕著である。従つて燃焼補助剤の供給系統
を燃料の供給系統から分離し、負荷変動に応じて
燃焼補助剤の供給量を調節するための機構を設け
ることが提案されてはいるものの、その機構が複
雑であつてコストが高かつた。 本発明はこのような点に鑑み為されたものであ
り、その目的とするところは燃料供給系とは別の
燃焼補助剤の供給系によつて負荷変動に応じた燃
焼補助剤の供給を簡易な構造で行なえるように
し、もつて燃焼効率の向上、燃費の削減、そして
排気ガスの清浄化を安価に達成した燃焼補助剤の
供給装置を提供するにある。 以下本発明を図示実施例に基いて詳述する。図
中５はメタノール、エタノール、プロピレンアル
コール、ブタノール等のアルコール類やアセトン
等の水溶性の含酸素化水素、あるいは水、若しく
は両者の混合物からなる燃焼補助剤を定液位で保
持するタンクであり、内蔵したフロート弁（図示
せず）によつて別の大型タンクから常に定液位と
なるように燃焼補助剤が供給されるものである。
このタンク５から燃焼補助剤は、弁６、フイルタ
ー７、弁８、中空パイプ１３を通じてタンク５よ
りも低位置に配置された中空の気化ヘツド１内の
充填室に自然流下により導びかれる。大型タンク
から燃焼補助剤を気化ヘツド１へとタンク５を経
ずに導びいてもよい。気化ヘツド１は素焼、連続
発泡型プラスチツク等の水、アルコール類の透過
性を有する多孔質材２と、中空円錐状の多孔質材
２の底部を閉塞する保持部１２とから形成された
ものであつて、多孔質材２と保持部１２とで囲ま
れる充填室から多孔質材２外面までの距離が、す
なわち多孔質材２の肉厚が、ほぼ一様なものとさ
れているものである。そしてこの気化ヘツド１
は、燃焼用空気の取入口と、気化器のような燃料
供給部との間の空気管路３の管径を絞つたベンチ
ユリー部４の後段に多孔質材２の頂部を前方に向
けて中空パイプ１３で保持されていることによつ
て設置されている。９は弁１０を備えた空気抜き
管であり、中空パイプ１３内で経て気化ヘツド１
内と連通している。尚、弁８は気化ヘツド１内の
燃焼補助剤を抜き取るための、また弁６はタンク
５内の燃焼補助剤を抜き取るためのものであり、
空気抜き管９の弁１０は燃焼補助剤を最初に気化
ヘツド１内に導びく時と、気化ヘツド１から燃焼
補助剤を抜き取る時にのみ開とし、常時は閉めて
おくものである。フイルター７は燃焼補助剤を
過して気化ヘツド１における多孔質材２の目詰り
を防ぐ。１１は空気取入口に設けたエアクリーナ
である。 しかして負荷変動の激しいエンジンに装着した
場合に基いてその機能を説明すると、エンジンの
吸入行程において発生する負圧により、燃焼用空
気は空気管路３を経て気化器、あるいは燃料直接
噴射型のエンジンでは直接シリンダーに送られる
のであるが、この時の空気管路３内における空気
の流れはベンチユリー部４において流速が高めら
れ、気化ヘツド１の多孔質材２の外面の圧力を大
きく降下させる。一方、気化ヘツド１内の燃焼補
助剤は多孔質材２を通じて外面に滲出するが、外
面の減圧に応じた量の燃焼補助剤が滲出するもの
であり、そして空気と混合されるものである。 この関係の一例を下表に示す。

【表】 減圧度に略比例した量が滲出する。エンジンの
回転数が高い時にはそれなりに減圧度が大きく、
より多くの燃焼補助剤が空気中に供給され、また
回転数が低い時には減圧度も小さいために空気中
に供給される燃焼補助剤の量も少なくなる。こう
して燃焼補助剤が混合された空気は、気化器にお
いて更に燃料が加わり混合されエンジンに供給さ
れたり、エンジンのシリンダー内に直接供給さ
れ、このシリンダー内に噴射される燃料と混合さ
れる。 ここにおいて、自動車用エンジンのように負荷
変動が大きいものにおいては軽負荷時には稀薄混
合気、例えばガソリンエンジンにあつては空燃比
が16〜18：１、全負荷時には濃厚混合気（13〜
14：１の空燃比）となるように気化器などで調整
している。従つて負荷変動に応じて燃焼用空気の
割合が調整されているから、燃料にではなく、燃
焼用空気に燃焼補助剤を混合することによつて、
負荷の状況に応じて燃焼補助剤が混合されるもの
である。すなわち、軽負荷時には燃料に対して空
気量が多く、また空気量に略正比例する燃焼補助
剤の量も燃料に対して多くなるものであり、全負
荷時には燃料に対して空気量及び燃焼補助剤の量
も少なくなるものである。このために全負荷とな
る発進や急加速時には低カロリーである燃焼補助
剤の供給量が少なくなつて適量の燃焼補助剤の混
合による多量の燃料の完全燃焼が促されてパワー
アツプを図ることができるものであり、また軽負
荷時には多くの割合の燃焼補助剤が空気に混合さ
れているために空燃比をより高くした。つまり燃
料の量をより少なくした状態でも馬力の低下を招
くことなく機関を運転させることができるもので
ある。しかも燃焼補助剤の混合、殊に含酸素で低
沸点の燃焼補助剤の混合による燃料の完全燃焼の
促進と燃焼温度の低下とがCO、CH、NOxの生
成量を少なくし、これらの生成による公害も軽減
できるものである。 第２図に示すものは気化ヘツド１とベンチユリ
ー部４から気化器などに接続される接続部１４に
逆向きに設置した例を、また第３図はベンチユリ
ー部４の前段に気化ヘツド１を設置した例であ
る。また第４図に示すものは空気管路３を一定径
とし、保持部１２の前後に多孔質材２，２を夫々
設け、この気化ヘツド１と空気管路３との間でベ
ンチユリー部４を構成した例である。またこの気
化ヘツド１を設置する空気管路３は、機関が具備
するエアクリーナと、気化器などの燃料供給部と
の間に設ける以外に、機関が具備するエアクリー
ナの空気取入口に、別のエアクリーナを備えた気
化ヘツド１及び空気管路３を接続するようにして
もよい。現用機関に後付けて容易に設置すること
もできるわけである。尚、気化ヘツド１から供給
する燃焼補助剤の量は、ベンチユリー部４におけ
る絞り量や、気化ヘツドの多孔質材２の気孔率、
孔の大きさ、表面積等によつて調整することがで
きる。 第５図はベンチユリー部４における絞り量を可
変とし構造の一例を示すものであつて、空気管路
３内に、内径を絞つたスロート部材１５を螺合さ
せており、スロート部材１５を螺進乃至螺退させ
れば、多孔質材２の前方頂部とストローク部材１
５との間の流路断面積、つまりベンチユリー面積
が変化するようにしたものであり、流入空気量に
対する燃焼補助剤の供給量はベンチユリー面積の
変更で行なうことができるから、燃焼補助剤の供
給量の調節を行なえるわけであり、また排気量の
異なつた内燃機関、あるいは容量の異なる外燃機
関への対応が容易にできるものである。燃焼用空
気を多量に必要とする大型の機関については大型
の燃焼補助剤の供給装置を用いる代りに、小型の
規格化されたものを並列に使用することもでき
る。 またこの第４図及び第５図に示す実施例にあつ
ては保持部１２の前後に中空円錐状の多孔質材２
を設けて気化ヘツド１の全体形状が紡錘形となる
ようにしているが、これは空気管路３内を流れる
空気が乱流をおこさないようにしてその流れ抵抗
が気化ヘツド１によつて大きくなる量を軽減する
ためである。この場合、多孔質材２の表面積が大
きくなりすぎる時には保持部１２の一方のみ多孔
質材２を設け、他方には非多孔質材よりなるダミ
ー２０を設けても良い。第６図〜第８図は第１図
〜第３図に示した各実施例にダミー２０を設けて
気化ヘツド１を紡錘形とした例を示す。 更に第９図に示すものはベンチユリー部４及び
気化ヘツド１の存在による流入空気の流れ抵抗の
増加から生じる流入空気量の減少を補正する手段
として、いわゆるスーパーチヤージヤーと称され
る過給器２１を設けた例を示し、タービン２２
と、このタービン２２の回転駆動部２３と、回転
駆動部２３を制御するコントローラ２４とから構
成した過給器２１のタービン２２を空気管路３中
に配置し、内燃機関あるいは外燃機関の回転数や
負荷状況に応じてコントローラ２４がタービン２
２の回転数を制御し、常に最適の空気量をタービ
ン２２による強制送風で得られるようにしている
ものである。多量の燃焼用空気を必要とする高負
荷時における効果が特に大きいものである。燃焼
補助剤としては前述のように水やアルコール類等
を夫々単独で使用したり、混合して使用したりす
ることが可能であるが、寒冷地においては水単独
であると凍結によつて気化ヘツド１を破壊するお
それがあるからアルコール類の混合使用が好まし
い。いずれにしてもアルコール類のように含酸素
炭化水素を燃焼補助剤とする場合には、水の場合
よりも混合量を多くすることができ、従つて燃料
の量を下げることができて化石燃料が不足してい
る時代にアルコール類をいわば代替品として使用
できることは好都合である。 次に、本発明に係る装置において、燃焼補助剤
として水を用いた場合における排気ガス清浄化と
燃費の点について実験データを示す。実験Ａは自
動車用デーゼルエンジンの場合のCO濃度とHC濃
度とを、水を添加しない場合と比較したものであ
り、実験Ｂは、自動車用ガソリンエンジン（排気
量2800c.c.）の場合の燃費（ガソリン１あたりの
走行距離）を水を添加しない場合と比較したもの
である。

【表】

【表】 上記実験から明らかなように排気ガスの清浄化
だけでなく、燃焼効率も向上する。また実走行に
おいて加速性能が悪化することもなかつた。 以上のように本発明にあつては水やアルコール
類といつた燃焼補助剤の燃料との混合による燃料
の完全燃焼、排気ガスの清浄化、パワーアツプ、
省燃費を達成できることはもちろん、燃料とは別
系統で燃焼補助剤を供給するので燃料に予め混合
しておく場合のように燃料と燃焼補助剤との分離
による問題を生じることもなく、更には燃焼補助
剤の供給を燃焼用空気取入口と気化器のような燃
料供給部との間で燃焼用空気に対して行なうもの
であるから、負荷変動に応じた機関側の空燃比の
調節で燃料に対する燃焼補助剤の割合も自動的に
負荷内容に応じて調整されるものであり、パワー
アツプと省燃費とを負荷変動にかかわらず常に得
られるものである。加えるに燃焼用空気に対する
燃焼補助剤の供給は多孔質材を有する気化ヘツド
を空気管路中に配置して空気管路中の減圧度に応
じた量の燃焼補助剤を気化ヘツドより滲出させる
ことで行なうものであるとともに気化ヘツドの化
孔質材の全表面を燃焼補助剤の供給面としている
ものであるから、簡単な構造で安価に提供できる
ものながら、多孔質材の目詰りを防ぐだけで燃焼
補助剤の空気量に対応し、且つ機関の負荷の程度
に対応した供給を長期にわたり無保寸で正確に行
なえ、殊に気化ヘツドは中空で内部に燃焼補助剤
の充填室が設けられて、常に多量の燃焼補助剤を
控えていることから、気化ヘツドからの燃焼補助
剤の滴下という事態を招きやすい燃焼補助剤の圧
送手段を設けるというような構成をとらなくと
も、多量の燃焼補助剤の供給という要求にも容易
に応ずることができるともに、燃焼補助剤が気化
する気化ヘツド外面と充填室を囲むところの気化
ヘツド内面との間隔を各部で等しくすることがで
きるために、各部からの燃焼補助剤の気化の均一
を期待でき、更には別途制御手段を設けなくと
も、機関の負荷変動に対する燃焼補助剤の供給量
の変化に迅速に応答することができるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例の断面図、第２図、第
３図及び第４図は夫々他の実施例の要部断面図、
第５図は更に他の実施例の断面図、第６図、第７
図及び第８図は夫々第１図、第２図及び第３図に
示す実施例の気化ヘツドを紡錘形とした場合の実
施例を示す断面図、第９図は過給器を設けた場合
の断面図であつて、１は気化ヘツド、２は多孔質
材、３は空気管路、４はベンチユリー部を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 燃焼用空気と燃料との混合気を燃焼させる機
   関や燃焼器における燃焼用空気の取入口から燃料
   供給部に至る空気管路中に、水やアルコール類等
   の燃焼補助剤が透過する多孔質材で形成されてい
   るとともに、内部が燃焼補助剤を充満させた充填
   室となつている中空の気化ヘツドを配置して成る
   ことを特徴とする燃焼用補助剤の供給装置。 ２ 空気管路中に小径部としたベンチユリー部を
   形成し、このベンチユリー部の近傍に気化ヘツド
   を配置して成ることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の燃焼補助剤の供給装置。