JPH07508332A - 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

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 内燃機関又は燃焼装置を運転するための方法及び装置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−Ｏ３３２０３７６４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。

本発明方法の生たる実施態様は請求項２からｌＯ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転でも夏季運転でも維 持されるように、まず予熱段階では燃料が４０ないし６０°Ｃの基本温度まで加 熱される。予熱段階に続（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）９０ないし１５０°Ｃ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’Ｃ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（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 うな人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°Ｃ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。′Ｍ２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（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、従ってオツ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ンヨンシステム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３ ６ｃｍの１２のコイルを備えており、８■の最小内径を有する鋼管から成ってい 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股肉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 ！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■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１．１を介して補償タンク２４に供給される。第２の燃料回路Ｈ 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 子的に制御されて一補償タンク内へ案内される前にバイパス導管■、２を介して 、燃料タンク２へ通じた戻し導管Ｉ１．　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１ ．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■、３を介して再び燃料タンク２へ戻される

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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°Ｃ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°Ｃ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°Ｃ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．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．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．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．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．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．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。 ８．３０００Ｖ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．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．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．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．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．制御電子装置（１０）により加熱素子（１７，１８，１９，２０）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．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１１５．加熱コイルが８ｍｍの最小内径を有する銅管に 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．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．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．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．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．予熱装置（１５）及び燃料量分配器（２３）が第１の燃料回路（１）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．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．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．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。