JPH09508689A - エンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 エンジン、例えば内燃機関（１０）は燃料および空気が動力を発生するために点火される少なくとも１つの燃焼室（１１〜１４）、一次燃料を燃焼室（１１〜１４）へ供給するための供給手段（１９，１６）、燃焼室（１１〜１４）へ空気を供給しかつ空気が燃焼室（１１〜１４）へ入る前にそれを通って流れる供給導管（１５）を包含する空気供給手段（１５〜１７）、二次空気を燃焼室へ供給するための装置（２５）からなり、該装置（２５）は（ａ）二次燃料が液体状態においてその中に貯蔵される室（３０）、および（ｂ）液体燃料が前記室（３０）から流れることができる加熱装置（３５）を有するハウジング（２６）からなり、前記加熱装置（３５）が二次燃料を少なくともその蒸発をかつ好ましくはその分解を生じるのに十分に加熱すべくなされており、そして前記ハウジング（２６）が二次燃料が蒸気において通過し得る出口手段（４６）を有しかつ二次燃料が燃焼室（１１〜１４）に向かってそれに沿って流れる通路手段がある。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称 エンジン 発明の詳細な説明 〔発明の技術分野〕 本発明は、エンジンかつとくに、排他的ではなく、本発明が所望ならば静止種 類の内燃機関または他の種類のエンジンに適用され得るけれども、自動車または 貨物車のごとき車両用の内燃機関に関する。 〔発明の背景〕 イギリス国特許第２１６９６５４号には鉱油からなる二次燃料が蒸発させられ かつエンジン内での燃焼の効率を改善するためにエンジンに供給される内燃機関 が開示されている。記載された装置は鉱油を収容するタンク、および二次燃料が 重力によりそれに流れるかまたは汲み上げられる独立の加熱装置、および蒸発さ せられた鉱油が内燃機関に供給されるまで保持されるトラツプからなる。 かかる構造はタンクおよび独立の加熱装置により取られる空間、ならびに二次 燃料を利用するのに通常の内燃機関を変換するのに取られる時間により問題を有 することが認められた。 〔発明の概要〕 本発明によれば、我々は燃料および空気が動力を発生するために点火される少 なくとも１つの燃焼室、一次燃 料を燃焼室へ供給するための供給手段、燃焼室へ空気を供給しかつ空気が燃焼室 へ入る前にそれを通って流れる供給導管手段を包含する空気供給手段、二次空気 を燃焼室へ供給するための装置からなり、二次燃料が一次燃料と異なっており、 二次燃料を燃焼室へ供給する装置がその中に、 （ａ）二次燃料が液体状態においてその中に貯蔵される室、および （ｂ）液体燃料がその中に前記室から流れることができる加熱装置を有するハ ウジングからなり、前記加熱装置が二次燃料を少なくともその蒸発を生じるのに 十分に加熱すべくなされており、そして 前記ハウジングが二次燃料が蒸気において通過し得る出口手段を有しかつ二次 燃料が燃焼室に向かってそれに沿って流れる通路手段があることを特徴とするエ ンジンを提供する。 本発明による装置は上記で例示された従来の装置の持つ技術的かつ大量生産的 問題を克服することが認められた。 二次燃料は好ましくは燃焼空気が該燃焼空気と二次燃料がともに燃焼室へ通過 するように該燃焼室へ入る前にそれを通過する導管手段に供給される。 本発明は、火花点火またはジーゼル型の、被駆動部分が空気および燃料の燃焼 の結果として動かされる内燃機関に適用され得る。エンジンが火花点火型からな る場合 に燃焼空気はキヤブレータ内で導管の上流で燃料と混合されることができるか、 または一次燃料が燃焼室へ直接注入される。 エンジンがキヤブレータを有する場合に、二次燃料は燃焼室へ一次燃料および 燃焼空気混合物とともに通過し得る。 代替的に、一次燃料が燃焼室に注入される場合に、二次燃料は燃焼室へ一次燃 料とともにまたはそれとは別個に注入され得る。 二次燃料が燃焼空気が燃焼室へ入る前に通過する導管手段に供給される場合に 、導管手段内の空気は所望ならば少なくとも部分的に圧縮されるか、または大気 圧にすることができる。前者の場合において、二次燃料は導管手段へ明確に注入 される必要があり、また後者の場合において、二次燃料は導管手段に注入される か、または、所望されるように、空気の流れによつてその中に誘導されることが できる。 後者の場合において、導管手段へ導入される二次燃料の量が計量され得る。 二次燃料が例えば鉱油、例えば高い比率の分岐鎖の異性体を含むパラフインの ごとき適切な高オクタン炭化水素燃料からなる場合に、エンジンの効率が通常の エンジンに比して著しく増加されることが認められた。順番に、効率のこの増加 は煙、粒子、一酸化炭素、炭化水素および窒素酸化物のごとき有害な排ガス放出 の発生を著しく 減少する。内燃機関に適用されかつ例えば触媒コンバータ、またはエンジンから の排ガス放出を浄化するための他の手段と組み合わされる場合に、大気へ通され る放出は結局事実上無害にされ得る。 ハウジングはどのような所望の形状からなっても良いが、好ましくは、筒状側 壁および頂部および底部閉止板からなる、実質上筒状である。かくして、シリン ダの長手方向軸線は所望されるように使用時実質上直立して、または略水平に延 びることができる。 室が空間が液体の上方に設けられて蒸気状態の二次燃料がその中に出口手段を 介してハウジングから出る前に加熱装置から出るように液体二次燃料で充填され 得る度合いを制限するための手段が設けられ得る。 加熱装置はどのような所望の形状からなつても良いが好ましくは略筒状にし得 る被覆内に収容される。被覆は所望されるようにハウジングの好都合などこにで も設けられ得るが、好ましくはそれと略同中心である。 加熱装置は液体二次燃料がその中にハウジングの室からる出る熱交換器であつ ても良く、そして加熱装置は二次燃料がその中で加熱されるように熱交換器に熱 を供給するための加熱手段を含む。 熱交換器は好ましくは室内の液体二次燃料から絶縁される。例えば鉱物および ／またはセラミツク絶縁が被覆と熱交換器との間に設けられ得る。所望ならば、 熱交換器に通る前に、二次燃料は、液体状態において、燃料が 予備加熱されるように加熱装置を取り囲んでいるジヤケツトに通すこともできる 。 熱交換器は好都合には、例えばステンレス鋼または真鍮から作られるコイルか らなり、そして加熱手段が直立している場合に、二次燃料は加熱手段の底部端に 向かってコイルに流入することができ、かつそれが加熱されるまでコイル内に上 方に流れる。 １つの装置において、加熱手段は、例えば、管内に収容される、電気加熱素子 からなり、そしてコイルまたは他の熱交換器は管のまわりに設けられ得る。 例えばサーモスタツト、サーミスタ、熱電対または正抵抗熱電対（ＰＲＴ）セ ンサからなる温度感知手段が二次燃料が加熱手段によりそれに加熱される温度を 感知し、かつ加熱手段の熱効果を制御する遠隔制御手段へ信号を供給するのに設 けられ得る。 他の装置において、電気加熱素子に代えて、他の種類の加熱手段が設けられる ことができる。例えば、内燃機関によつて発生される熱は二次燃料を加熱するの に利用され得る。熱い排ガスが加熱装置に供給されかつその熱が二次燃料と熱交 換器内で交換されることができるように考えられる。 この後者の場合に、好ましくは制御手段が設けられ、該制御手段は排ガスの量 かつそれゆえ、加熱装置に供給される、内燃機関によつて発生されるその熱を制 御するための弁手段を包含する。 各場合において、制御手段は二次燃料が加熱される温度を３１０°Ｃないし４ ５０°Ｃの範囲の温度に維持するがいずれの場合においても好ましくは６００° Ｃ以下に、したがつて炭化水素を基礎にした二次燃料を分解するようになされ得 る。 本発明によるエンジンの二次燃料装置の代表的なハウジングは好ましくは外部 で長さ６インチ以下であり、かつ好ましくは直径３インチ以下であり、そしてし たがつ約０．７リツトルの最大量を有する。 好ましくは、かかる小さい寸法の二次燃料装置によつて供給され得るより大量 の二次燃料を必要とするより大きなエンジンに関して、装置の寸法を拡大するよ りむしろ、好ましくは複数のより小さい寸法のかかる装置が設けられることがで き、各々、例えば、共通の蒸気容器を介して、エンジンの１または複数の燃焼室 へ蒸気状態において二次燃料を供給する。 代替的に、大容量のエンジンに関して、複数の小さい寸法の二次燃料装置が各 々エンジンへ蒸気状態において二次燃料を個々に付与し得る。 本発明を次に添付図面に関連して説明する。 図面の簡単な説明 第１図は本発明による内燃機関の概略図、 第２図は第１図のエンジンに使用する二次燃料装置の側面断面図、 第３図は第２図の装置の平面図、 第４図は第２図の矢印ＩＶ−ＩＶの断面図である。 〔発明を実施するための最良の形態〕 まず第１図を参照して、内燃機関（エンジン）１０はこの例においては、各々 圧縮下の燃料／空気混合物の点火に応答してそのそれぞれの燃焼室内で往復動す るピストンを含む４つの燃焼室１１，１２，１３および１４からなる。 空気はそれぞれの燃焼室１１〜１４の各々へ空気入口マニホールド１５を介し て供給され、該マニホールドへ空気がこの例において順次空気が空気フイルタ１ ７を介して大気からそれに供給されるキヤブレータ１６に供給される。 一次燃料はタンク１８中に貯蔵されかつポンプ１９を介して従来公知であるよ うなキヤブレータ１６に汲み上げられ、そして燃料と空気が空気燃料蒸気混合物 が入口マニホールド１５へ供給されるようにキヤブレータ１６内で共に混合され る。 代替の装置において、キヤブレータ１６が設けられない場合に、タンク１８か らの燃料はそれぞれ符号２１，２２，２３および２４で示される適宜な噴射器を 介して、適切なときに燃焼室１１〜１４の各々に直接注入され得る。 本発明によれば、二次燃料装置２５は二次燃料を燃焼室１１〜１４へ供給し、 かつその中の一次燃料の燃焼の効率を高めるために設けられる。 次に第２図ないし第４図を参照して、二次燃料装置２５は略筒滋養の側壁２７ 、頂部板２８および底部板２９を有するハウジング２６からなり、使用中ハウジ ング２６は実質上直立方向に配置されている。所望ならば、装置２５は代替的に ハウジングが略水平方向に、または他のいずれの適宜な方向にあるように配置さ れ得る。 ハウジング２６はかくしてその中に、二次燃料を収容する室３０を備える。二 次燃料３０は頂部板２８を通って延びる充填孔３１を介して、または側方充填孔 ３２を介して室３０に導入されることができる。 ハウジング２６内に同心的に配置されて、好都合にはステンレス鋼等からなり 、かつその中に加熱手段３７を収容する外方被覆３６からなる加熱装置３５が設 けられる。第２図に示された例において、加熱手段３７は電気抵抗加熱素子から なり、素子用電気リード線は符号３９および４０で示されて、底部板２９の開口 を通ってハウジング２６から外に延びかつ制御手段へ延びる。 加熱素子３７を取り囲んで、ステンレス鋼または真鍮から作られるコイルから なる熱交換器４２がある。 二次燃料は、重力により、加熱手段３５の底部端に向かって位置４３において 室３０からコイル４２に通すことができ、かつ加熱手段３７によつて加熱される ときコイルを通って上方に流れる。燃料は少なくとも蒸発させられかつ室３０内 の二次燃料の最大充填レベルの上方に設けられた空間４５に位置４４においてコ イル４２から 外に出る。滋養は津されない幾らかの燃料が位置４４においてコイル４２から外 に出ることができることが可能であるため、跳ね返し板４５がかかるどのような 液体燃料も該板４５に衝突しかつ室３０に向かって下方に落ち込むように設けら れる。蒸気状態の二次燃料はしかしながら内燃機関１２の入口マニホールド１５ へ適宜な配管作業または配管（図示せず）を介して接続される出口４６を経てハ ウジング２６から出ることができる。好適な実施例において、ハウジング２６は 、その排気マニホールドのごとき、エンジンの熱い部分と熱接触にあり、その結 果室３０中の二次燃料が暖められる。 加熱手段３５の被覆３６とコイル４２との間には、鉱物および／またはセラミ ツク絶縁がコイル４２から室３０内に収容された液体二次燃料への熱損失の量を 制限するために符号４７で示されるように設けられる。絶縁４７は、セラミツク の場合に、例えば鋳造ブロツク、またはセラミツクビーズからなつても良い。 代替的に、または追加的に、ジヤケツトが、例えば、第２の同中心被覆によつ て、コイル４２のまわりに設けられることができ、そして二次燃料は該二次燃料 がジヤケツト内で予備加熱されるように、コイル４２に通る前にジヤケツト内に 液体状態において流れるように抑えられ得る。 各場合において、コイル４２と被覆３６との間には、この例において熱電対か らなる温度感知手段４８が設け られ、符号５０で示される電気リード線が熱電対４８から、ハウジング２６の底 部板２９の適宜な開口を通って遠隔制御手段に延在する。 使用において、エンジン１０が運転しているとき、電流はコイル４２中の二次 燃料が３１０°Ｃ以上、かつ６００°Ｃ以下、好ましくは４５０°Ｃの温度に加 熱されるように加熱装置３５の加熱素子３７に供給される。コイル４２中の二次 燃料はかくしてブタン、ブタレン等のごとき他の炭化水素ガスとともに、メタン 、エチレン、およびプロピレンを含有する蒸気が発生されるように分解される。 二次燃料の１つの適切な種類はパラフインであるが、他の鉱油または同様に処理 された植物油またはこれらの混合物が所望ならば使用され得る。各場合において 、室３０中の二次燃料はタンク１８中の一次燃料とは異なり、かつ好ましくはよ り大きなオクタン価からなる。 したがつて一次燃料が燃焼室１１〜１４中で燃焼される効率が高められかつこ れは有害な排ガス放出の発生を減少する効果を有する。 第２図ないし第４図に示される装置において、装置２５は約４インチの全体長 さ、および約２インチの直径を有し、そのようにすると室３０の最大容量は１／ ４リツトル以下である。それゆえ装置２５は例えば内燃機関１０が設けられ得る 自動車のエンジン仕切り室中に顕著な空間を取らない。 被覆３６と熱交換器４２との間に十分に有効な絶縁４７を設けかつコイル４２ が自由分に高い伝導性の金属から作られることを保証することにより、電気加熱 素子３７の電力消費は絶対的な最小に保持されることができる。試験において、 連続電気負荷は単に１．５アンペアで測定された。 所望ならば、装置は間欠的にのみ作動するように制御されることが可能である 。これはエンジンに供給される蒸気状態の二次燃料を発生するように記載された 装置２５の使用が残りの作用を有する、すなわち上述された利益が二次燃料が１ または複数の燃焼室に供給されてないときも同様に一定時間継続することが認め られるため役に立つ。 種々の変更が本発明の範囲から逸脱することなく可能である。例えば、ハウジ ング２６は記載された筒状形状からなる必要はなく、かつまたは加熱装置３５が ハウジング２６内に同中心的に筒状被覆３６内に設けられる必要もない。代わり の形状のハウジング２６および加熱装置３５が設けられ得る。例えば、加熱装置 ３５はハウジング２６の筒状側壁２７に隣接して設けられることもできる。 ハウジング２６がエンジン鋳造体の、または使用中熱くなるエンジンの他の部 分の一体部分として作られることが可能で、その結果室３０中の二次燃料が室３ ０内で暖められることが考えられる。 二次燃料がそれを通って加熱されながら流れる熱交換器がコイル４２として上 記で説明されるけれども、他の適宜な形状の熱交換器が代わりに設けられ得る。 所望ならば、液体状態の二次燃料は室３０の外部に貯蔵されかつ室３０中の二 次燃料の充填レベルが一定に維持されるようにポンプによりまたは重力により室 ３０に供給され得る。 熱電対４８に代えて、サーモスタツト、サーミスタまたはＰＲＴセンサのごと き他のどのような温度感知手段も設けられ得る。 加熱素子３７に代えて、内燃機関１０により発生される熱は加熱装置３５内の 二次燃料を加熱するのに利用されることができる。例えば、エンジンによつて発 生された熱い排気ガスの部分はその熱がコイル４２または他の熱交換器内で二次 燃料に引き渡されるように加熱装置３５に供給され得る。 各場合において、好ましくは制御手段が二次燃料がそれに加熱される温度を制 御するのに設けられる。 加熱手段が電気加熱素子３７からなる場合に、制御手段は、温度センサ４８が 最大温度を感知するとき加熱素子３７への電流の供給を遮断するために、温度セ ンサ４８によつて感知された温度に応答する、リレーまたは他の回路遮断器を含 むことができる。 例えば熱い排気ガスが加熱装置３５に供給される場合に、制御手段は二次燃料 がそれに加熱される温度を順次 したがつて制御する加熱手段への排気ガスの流れを放出または制限するために開 放または閉止される弁手段を包含し得る。制御手段は、二次燃料を分解させるた めに適切な加熱を保証するために、加熱装置３５に供給される液体二次燃料の量 を追加的にまたは代替的に制御することができる。 第２図〜第４図に関連して記載された装置２５は、いわゆる２リツトルまでの 、合計エンジン容量を有する平均的な家族向けの大きさの自動車用に理想的に寸 法付けられる。貨物車等において産業的に使用されるエンジンのごとき、より大 きな容量のエンジンに関して、装置２５の寸法は拡大されることができる。好ま しくはそれにも拘わらず、かかる装置２５の複数のより小さい寸法がエンジンの 燃焼室に供給されるべき十分な量の分解された二次燃料を可能にするために設け られる。かかる複数の装置は各々、直接または蒸気の共通の容器を介して、エン ジンへ蒸気状態において二次燃料を付与することができる。 本発明は４つの燃焼室からなる内燃機関に関連して記載されたけれども、本発 明は、単一燃焼室から、例えば、単に１２個の燃焼室の、あらゆる数の燃焼室を 有する内燃機関に適用され得る。 本発明は往復動するピストンがある燃焼室を有する内燃機関に関連して説明さ れたけれども、本発明はピストンまたは被駆動部分が回転し得るかまたは他の方 法で燃 焼室中の燃料／空気混合物の点火に応答して動き得るエンジンに適用されること ができる。本発明は同様にジエツトまたはロケツトエンジンに適用され得る。 第１図において記載された装置において、入口マニホールド１５に供給される 空気は大気圧であるか、または大気に比して僅かだけ上昇された圧力であるが、 一方、所望ならば、空気はそのまたは適切な燃焼室に入る前に少なくとも部分的 に圧縮され得る。この後者の場合において、入口マニホールド１５へ蒸気状態の 分解された二次燃料を汲み上げるために何らかの手段を設ける必要があるかも知 れない。 さらに他の装置において、入口マニホールド１５へ蒸気状態の分解された二次 燃料を供給するのに代えて、これは一次燃料に沿ってエンジンの１または複数の 燃焼室に直接または一次燃料から別個に注入され得る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．燃料および空気が動力を発生するために点火される少なくとも１つの燃焼 室（１１〜１４）、一次燃料を前記燃焼室（１１〜１４）へ供給するための供給 手段（１９，１６）、前記燃焼室（１１〜１４）へ空気を供給しかつ空気が前記 燃焼室（１１〜１４）へ入る前にそれを通って流れる供給導管手段（１５）を包 含する空気供給手段（１５〜１７）、二次空気を前記燃焼室へ供給するための装 置（２５）からなり、二次燃料が一次燃料と異なっているエンジン（１０）にお いて、二次燃料を前記燃焼室（１１〜１４）へ供給する前記装置（２５）がその 中に、 （ａ）二次燃料が液体状態においてその中に貯蔵される室（３０）、およ び （ｂ）液体燃料がその中に前記室（３０）から流れることができる加熱装置（ ３５）を有するハウジング（２６）からなり、前記加熱装置が二次燃料を少なく ともその蒸発を生じるのに十分に加熱すべくなされており、そして 前記ハウジング（２６）が二次燃料が蒸気において通過し得る出口手段（４６ ）を有しかつ二次燃料が前記燃焼室（１１〜１４）に向かってそれに沿って流れ る通路手段があることを特徴とするエンジン（１０）。 ２．前記エンジン（１０）が被駆動部分が空気および燃料の燃焼の結果として 動かされる内燃機関であり、そ して二次燃料は燃焼空気が該燃焼空気と二次燃料がともに前記燃焼室（１１〜１ ４）へ通過するように該燃焼室（１１〜１４）へ入る前にそれを通過する導管手 段（１５）に供給されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のエンジン（ １０）。 ３．前記エンジン（１０）が火花点火型からなりそして燃焼空気はキヤブレー タ（１６）内で前記導管手段（１５）の上流で燃料と混合されそして二次燃料は 前記燃焼室（１１〜１４）へ一次燃料および燃焼空気混合物とともに通過するこ とを特徴とする請求の範囲第２項に記載のエンジン（１０）。 ４．前記エンジン（１０）が一次燃料が前記燃焼室（１１〜１４）に注入され る型からなることを特徴とする請求の範囲第２項に記載のエンジン（１０）。 ５．二次燃料は明確に前記導管手段（１５）に注入されるかまたは空気の流れ によつてその中に導入されそして前記導管手段（１０）に導入される二次燃料の 量が計量されることを特徴とする請求の範囲第２項ないし第４項のいずれか１項 に記載のエンジン（１０）。 ６．前記二次燃料が高い比率の分岐鎖の異性体を含む高オクタン炭化水素を基 礎にした燃料からなることを特徴とする請求の範囲の前項いずれか１項に記載の エンジン（１０）。 ７．前記ハウジング（２６）は筒状側壁（２７）および頂部および底部閉止板 （２８，２９）からなる、実質 上筒状でありそして前記室（３０）が空間が液体の上方に設けられて蒸気状態の 二次燃料がその中に出口手段（４６）を介して前記ハウジング（２６）から出る 前に加熱装置（３５）から出るように液体二次燃料で充填され得る度合いを制限 するための手段が設けられることを特徴とする請求の範囲の前項いずれか１項に 記載のエンジン（１０）。 ８．前記加熱装置（３５）は略筒状でかつ前記ハウジング（２６）と略同中心 である被覆（３６）内に収容され、前記加熱装置（３５）は液体二次燃料がその 中に前記ハウジング（２６）の前記室（３０）から出る熱交換器（４２）および 二次燃料がその中で加熱されるように前記熱交換器（４２）に熱を供給するため の加熱手段（３７）からなり、そして前記熱交換器（４２）は前記被覆（３６） と前記熱交換器（４２）との間に設けられおよび／または前記熱交換器（４２） に入る前に絶縁（４７）によつて前記室（３０）内の液体二次燃料から絶縁され 、二次燃料は、液体状態において、燃料が予備加熱されるように前記加熱装置（ ３５）を取り囲んでいるジヤケツトに通すことを特徴とする請求の範囲前項いず れか１項に記載のエンジン（１０）。 ９．前記加熱手段は電気加熱素子（３７）からなりそして温度感知手段（４８ ）が二次燃料が前記加熱手段（３７）によりそれに加熱される温度を感知し、か つ前記加熱手段（３７）の加熱効果を制御する遠隔制御手段 へ信号を供給するのに設けられることを特徴とする請求の範囲第８項に記載のエ ンジン（１０）。 １０．前記内燃機関（１０）によつて発生される熱が二次燃料を加熱するのに 利用され、熱い排気ガスが前記加熱装置（３５）に供給されかつその熱が二次燃 料により前記熱交換器（４２）において交換され、そして制御手段が設けられ、 該制御手段は排気ガスの量かつそれゆえ前記加熱装置（３５）に供給される、前 記内燃機関（１０）によつて発生されたその熱を制御するための弁手段を包含し 、前記制御手段が二次燃料が加熱される温度を、炭化水素を基礎にした二次燃料 を分解するために３１０°Ｃないし４５０°Ｃの範囲の温度に維持するべくなさ れていることを特徴とする請求の範囲第８項に記載のエンジン（１０）。 １１．前記エンジン（１０）の１または複数の燃焼室（１１〜１４）へ蒸気状 態において二次燃料を各々供給する複数の二次燃料装置（２５）からなることを 特徴とする請求の範囲の前項いずれか１項に記載のエンジン（１０）。