JPS59501553A - 燃料を燃焼用空気に分布する方法および装置 - 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】 本発憂」は、気化器または噴射器を介して燃料を混合される燃焼用空気？こ欣ツ ｚ燃料を分布ｊる方法に関する。

ガスの小さい溶解度のため低い圧力または高い温度では過飽和の状態で＋Ｊスを 溶解している液体が、周囲圧力の急激な低下または急速な温度１昇の齢、溶解し ているカスを自動的に遊離して泡立つか、同時に噴射する場合微滴に分散するこ とは公知イ１」′方ｊ、７　Ｑ４と加熱による部分的蒸発および渦形成によって 液状燃料をｅ！焼用空気に分布することは公知である。これらの混合手段番、１ すべていわゆる気化器または噴射ノズルまたはバーナノズルの後で行用し、その 際渦区域および燃料または燃料−窄気ν、合′８を供給する燃焼室または爆発室 の特別な構成と位置によ−て、Ｙ、−１−かつ強力なＭ合が行なわれるようにす る。しかしこれらすべての゛ミ段は完全に均一で非常に微細な燃料分布を行なう には不光号なので、燃料の一部が未燃焼でまたは分解して−ＷＩＬ炭素、ｆたは 炭素として燃焼室を出るか、過剰ｔ；（−気の供給の際は′４１．酸化物を形成 して無益に消費され、自イな廃ガスがｖ′出されｔ。

］、発明０１課題は、燃焼用空気への燃料の分布を著しく均一にか一つｖｔｌｇ ｌｌ　ｉｉ：　Ｎなう方法および装置を開示して、前記の方法の欠点を少プτく シ、高い効率、少ｌ【い有害物質、確実な売人したが７に樹間にス５゛す、：、 わずかな始動つ１雅さおよび艮関におけるわ−・Ｙつ・なノ゛ツクｌ１ｌｖＴｌ −ｊをもつ良χ子な燃焼を行なうことができるよン）にすることである。

この課題の解決策は、燃料にガスなるべく空気および（または）炭酸ガスを、混 合の際燃焼用空気の混合圧力および混合温度状態におけるより高いガス溶解度が 与えられるような溶解圧力および溶解温度状態で、混合圧力および混合温度状態 における飽和量比を超過するような量比で溶解し、この溶液を気化器または＠射 器へ供給することによって与えられる。

本方法は爆発状燃焼にも連続燃焼にも使用される。使用に応じて異なるガス−燃 料溶液が特に有利に使用される。

すなわち負圧気化器と共に使用す乙場合、高い溶解度のガス例えば炭酸ガスをガ ソリンに溶解するのが有利である。

さらに燃焼の困難な液体例えはディーゼル油または重油を燃焼する場合、特に点 火助剤として水素を使用するのが有利である。

炭素含有量の比較的高い燃【ト例えばペンゾールを使用する場合、酸素のｆｆＥ Ｍが有利である。

供給技術上最低の費用は、現場で比較的小さい圧縮機により発生される圧縮空気 を使用するとき与えられる。この目的のために充分な空気量は、特に燃料が数気 圧の圧力で飽和しているときに溶解される。

種々のガス、例えば始動または低温の際例えば炭酸ガス、また連続運転のために 空気で切換え運転または混合運転すると、使用燃料の技術的効果および経済性に 関して酊利な組合わせが生ずる。ノックの傾向がある困難な運転条件でも、炭酸 ガスの使用を比較的多くすることができる。

ガスを溶解する装置は、そのつと燃料導管へ簡単に挿入で謎る閉した巣位体であ る。有利な構成では、装置の制御は燃料流１および得られる飽和の内部基準に基 いて行なわれる。

例えば機関Ｌｌ′：おいて流れが強く変化する場合、飽和する装置の制御のため に燃料分配器の既存の制御暴挙が使用される。

図面の簡単な説明 本方法を実施する装置および公知の内燃機関およびＷｌ料装置への挿入が、Ｎ１ 図ないし第７図に示されている。

第１図は燃料へガスを溶解する装置の概略図を示し、第２図は第１図の装置の別 の混合器を示し、第３図は第１図の装置のさらに別の混合器を示し、第４図はデ ィーゼル機関への第１図による装置の接続を示し、第５図は噴射機関への第１図 による装置の接続を示し、第６図は加熱バーナへの第１図による装置の接続を示 し、第７図はジェット推進機構への第１図による装置の接続を示している。

第１図に示されているガスを燃料に溶解する装置は噴射混合器１１を含み、この 混合器のノズル１２は導管１３を経て燃料を供給される。ノズル１２を包囲する 混合室３１１へ、ガス、ここでは圧縮空気または炭酸ガスが導管１３を介して供 給される。

混合器１１には垂直に立つ円筒状管１５が続き、この管の渦区間１６３で燃料中 の気泡が分解する。渦区間１６３の高さｈが直径の約２倍であり、最大燃料流量 において気泡が上部範囲へ達した際実質的に完全に溶解するように、管１５が寸 法を定められている。溶解しないガスは管１５の上端の上方むこある混合円蓋１ ６１に集まる。混合円蓋１６１から下方へ管１５に対して同＋６的もこノＸウジ ング１６が延び、ハウジング１６と管１５との間の導出区間１６４に、最大流量 において燃料の下降速度力Ｓ場合Ｇこよって番よ存在する残留気泡の」二昇速度 より小さくなるようむこ、ノ１ウジ゛ング１６の直径が選ばれている。ハウジン グ１６の下端もこ燃料導管１７が接続されて、いわゆる気化器または噴射装置へ 通じている。

添加されるガス屋の正しい配分を最適に監視するために、ハウジング１６はガラ スまたは少なくとも一部ガラスから作られている。

燃料はポンプ４１をもつタンク４０からフィルタ４２を経て公知のように圧力を かけられて燃料導管１７により供給される。

公知の機関および燃焼装置では接続部１７１ｄ（第４図ないｔ）第７図）が接続 される接続部１７１ａには、接続部１７１ｂおよび１７１Ｃをもつ装置が挿入さ れ、導管Ｉ７および１３には逆止弁４４が組込まれて、燃料の飽和状態を保つた めハウジング１６内の圧力が常に維持されるようにしている。

炭酸ガスは耐圧びん２０から減圧弁２１を経て混合導管２６へ供給され、他方圧 縮機２３により圧縮空気が空気だめ容器２２へ充満され、減圧弁２５を経て同様 に混合導管２６へ供給される。

このような圧縮空気装置は例えば貨物自動車には既に存在する。

所要空気が比較的わずかなため、乗用車に対しては圧縮機をもつタンクで空気だ め容器を満たせば充分であり、または小さい別体の圧縮機を設けることができる 。

混合導管２６における圧力の監視のために圧力計２７が用いられる。弁２８は運 転信号により配分装置２９へ至る混合導管２６を開き、配分装置２６から逆止弁 ３０を介して導管３１が混合器１１へ通じている。前記構造部分の構成に応じて 、特別の構成素子に一体化してその機能を実施することもできる。運転しない状 態で配分装置２９が閉じる場合に―、弁２８が不要になる。

常に共に回転する特別な圧縮機２３が設けられている場合には、さらに空気だめ 容器２２も省略される。圧縮機２３が割部可能であれば、これが配分装置２９の 機能を引受けることもできる。

例えば加熱バーナにおけるように一定の燃料流が必要な場合、例えば混合器ｆｉ 　＋６１へ達する前に観察される気泡分解により、配分装置を一度設定すればよ い。しかし圧力ｔｔ４６または気泡検知器例えば浮子または図示したように光電 装置５０．５１により観察を行なうこともでき、それにより配分の調整を自動的 に行なうこともできる。このため信号導線４６１または５１１が調整装置Ｒへ導 かれ、その信号が混合器１１の出口における気泡流に比較してわずかな気泡流の 存在に相当する所定値と比較され、差信号により配分装＠２９が導線２９１を介 して付勢される。

燃料消費が強く変動する場合、混合円蓋１６１から別の配分装置４５を経てタン ク４０へ至る戻り導管４７を設けるのが有利である。通常運転に比較して大きい 気泡が混合円蓋１６１にたまるときこの配分装置４５が開かれるが、これは光電 装置５０．５１の信号を適当な大きさの比較値と比較することにより自動的に導 線４５１を経て調整するようにして行なわれる。

燃料流量に関係するガス流量の制御は、調整装置Ｒの入力導１１ｉ　６０ｂ、６ ４ｂにおける配分信号を規定することによっても行なうことができ、調整を付加 的に行なう場合、調整偏差の前記の差信号が調整装置へ供給される。

気泡が凋区間１６３を通過するのに特定の時間を必要とするので、調整振動を回 避するため設定信号に対して調整装置に適当な遅れを与えることが必要である。

所要燃料量が非常に大きい場合、全高ヲ大きくしないため、管１５をもつ複数の 混合器１１を並列にハウジング１６内に収容するが、噴射ノズル１２の代りに他 の混合器を設けるのがよい。

第２図には混合器１１の別の構成が示され、この混合器は混合室３１２へ入る微 小気泡のガスが通る微孔をもつ焼結プラグ３１４を備えている。焼結プラグｉ、 ！＋５の底に偏平に設けることもでき、この底の上側方から燃料が入る。

第３図には公知の静混合器からなる混合器＋１２のさらに別の構成が示され、こ の混合器の混合室３！３にガスと燃料が供給される。

種々の混合器ＩＩ、Ｉ１１．＋１２の選択は、１対の選ばれるガスと燃料および その性質に応じて、特に微孔またはノズルの汚れまたはふさがりに関して行なわ れる。さらに場合によっては非常に異なる流量が生ずる場合の混合能力も選択基 準である。

第２図および第３図による装置の接続部には、第１図における接続部と同じ符号 をつけである。

ガスの溶解は一般に約２気圧から始まる圧力で行なわれるが、もつと高い圧力の 方がよい。しかし気化器付き機関の気化器が負圧を受けない装置の後に接続され ている場合、飽和のためよく溶解するガス例えば炭酸ガスが選ばれる。そのとき 負圧によりいわゆる気化過程において過飽和状態が生じて、燃料の微細な°分布 を行ない、続く混合気の加熱の際燃料と空気からシリンダ壁による加熱により、 ガスがさらに遊離され、したがって鞍部が分裂する。

第４図には、装置がディーゼル機関６３でどのように使用されるかが示されてい る。約ＩＯ気圧で飽和したディーゼル油と空気または炭酸ガスの溶液が噴射ポン プ６０へ供給され、このポンプから噴射ノズル６１を通って燃焼室６２へ達する 。

圧縮された空気は場合によってはシリンダ壁により付加的に加熱されて高い温度 をもつので、高い圧力にもかかわらずガスの溶解度以上になっており、出ていく ガスにより溶液の微細な霧化が行なわれる。これにより特に冷間始動性が著しく 改善され、したがって始動の際よく溶解する炭酸ガスによる飽和が推奨される。

機関が暖まると、効率を改善しかつ有害物質およびすすの形成を少なくするため 、空気による飽和で充分である。

機関温度に関係して炭酸ガスおよび圧縮空気用の弁２１および２５を切換えるの がよい。

ガス流の配分すなわち配分装置２９の制御のために、信号導線６０ｂを介して噴 射ポンプ６ｏの配分制御導線６０ａから制御信号が調整装置Ｒまたは配分装置２ ９へ直接供給される。

第５図には噴射機関６７が示され、その燃料分配器６４には飽和した溶液が供給 され、この分配器から噴射ノズル６５へ導かれる。同時に吸入される燃焼用空気 は溶液よりかなり低い圧力をもっているので、遊離するガスにより溶液の自動的 な霧化が行なわれ、それにより燃焼および冷間始動性が改善される。したがって 燃料と燃焼用空気の混合比は、この種の公知の機関におけるより低い過剰空気に 設定することができ、それにより効率がさらに高まり、有害物の発生が減少する 。

炭酸ガスが燃料に溶解すると、溶液の耐ノツク性が純燃料より高められる。これ は付加的な有利な効果である。

配分装置２９の制御信号は燃料分配器の制御信号により生じ、この信号は導線６ ４ｂを経て導線６４ａｌｏ）ら取出される。

第６図には加熱バーナが示され、その燃料導管にある制徊弁７０の前にガスの溶 解装置が設けられている。圧力を受けている溶液がバーナノズル７１から燃焼用 空気へ入ると、遊離する空気により燃料が分散して空気流と混合する。この効果 は火炎区域７３から混合区域７３１への反射によって強められる。なぜならば加 熱によりさらにガスが遊離されて、微滴を再び分離するからである。

燃料の微細な分布により火炎は実質的にすすなしに然焼するので、後に接続され る熱交換器にすすの沈積がおこらす、それにより加熱装置の効率が公知の加熱装 置よりさらに改善される。

本方法は燃料油および重油にも燃料−留置物質混合物にも適している。溶液の点 火能力をさらに改善するために、可燃ガス例えば水素、天然ガスまたはプロパン ガスを燃料に溶解することができる。

燃料流は一定なので、ガス量の配分は固定的に設定され、これにより装置が非常 に簡単になる。

第７図はシェツト推進機構８３を示し、その燃料供給導管にガスの溶解装置が挿 入されている。ノズル８１の供給圧力は比較的高いので、多量のガスを燃料に溶 解して、混合区域８１における滞在中に燃料の分布を著しく改善することができ る。これには火炎区域８２から混合区域８１へ至る放射熱が付加的に寄与し、混 合区域がガスの遊離により燃料微滴の再度の分割を行なう。実質的にすすのない 燃焼と効率の上“昇がそれにより達せられる。

燃料の飽和には、特に炭酸ガスがその高い溶解度のため適し、また可燃ガスが推 進機構の故障を大幅に防止する良好な点火能力のため適している。

ガス流の配分のために、この装置でも制御信号が燃料配分装置から調整装置Ｒへ 供給される。可燃ガスまたは酸素含有量の高いガスを使用すると、公知の安全技 術構造手段を考慮することができる。これらの場合、配分装置４５を経てガスを 排出する必要がない大きさに、渦区間１６３が設計される。

図示したものおよび別の類似な使用事例において本発明による装置の最適な構成 は、図示した細部の適当な組合わせまたは燃料とガスの適当な組合わせの選択に よっても行なうことができる。燃料をガスに溶解する図示した装置は、それが方 法の要求に適切な解決策を与える限り、他の等個物に代えることもできる。

ガス流の配分制御信号および対応する調整装置は、与えられた儒料の配分装置に 応じて、電子的、機械的、空気圧的等に構成することができる。噴射制御に用い られる時間パルスは、電磁制御可能な弁を使用する場合、配分装置の制御にも利 用される。軸の回転により噴射ポンプを動かす別の構成では、この回転は直接ま たはカムを介して機械的に動作する配分装置へ作用する。別の構成によれば、回 転は検知器例えばポテンショメータにより電気信号に変換されて、電子制御また は調整装置に供給される。

ｎ 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　液状燃料を気化器または噴射器を介して燃焼用空気に混合する方法において 、燃料にカスなるべく空気および（または）炭酸ガスを、混合の際燃焼用空気の 混合圧力および混合温度状態におけるより高いガス溶解度が与えられるような溶 解圧力および溶解温度状態で、混合圧力および混合温度状態における飽和ｆｉｔ 比を超過するような１比で溶解し、この溶液を気化器または噴射器へ供給するこ とを特徴とする、燃料を燃焼用空気に分布する方法。 ２　燃料を溶液圧力および温度の状態においてガスで完全に飽和するこ七を特徴 とする特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ３　重液圧力を混合圧力より数気圧高くし、溶液湿度と混合温度をほぼ固しにす るか、混合温度を溶面温度より高くすることを特徴とする特許請求の範囲第１項 または第２項に記載の方法。 ４　溶液湿度を周囲温度に等しくシ、なるべく燃焼区域の放射の形の燃焼熱の供 給または燃焼まの壁により混合温度をそれより高くし、宿敵圧力および混合圧力 をほぼ同じ標準圧力とするか、混合圧力を標准圧力より低くすることを特徴とす る特許請求の範囲第１項または第２項に記載の方法。 ５　燃料とガスを連続的に特定の量比でまたは溶解能力に応じて配分して、なる べく垂直に配置されてなるべく上に温区域＋１６３）と混合内蓋（＋６１）をも つ混合器（ＩＬＩＩＩ、＋１２）へ供給し、この混合円蓋かうなるべく下方を向 く導出区間（＋ａ４）へ導出し、そこから気化器または＠射器（６Ｌ６５，７４ ，８１）へ供給し、気泡の流れが混合円蓋（＋６１）へ達する前に大扇に分解さ れるように渦区間（＋６３）の大きさを定め、燃料の下降速度が気泡の上昇速度 より低くなるように、導出区間（＋６４）の断面の大きさを定めることを特徴と する特許請求の範囲第１項ないし第４項の１つに記載の方法。 ６　気泡を容易に溶解（炭酸ガス）し、容易に燃焼（水素）し、かつ（または） 酸化（酸素）するようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第！項ないし第５ 項の１つに記載の方法。 ７　燃料をメタノール、アルコール、ガンリシ、ペンゾール、燃料油、ディーゼ ル油、重油または燃料−留置物質混合物とすることを特徴とする特許請求の範囲 第１項ないし第６項の１つに記載の方法。 ８−　混合器（ＩＩ）が燃料をなるべく垂直なノズル（１２）を介して供給され またガスをその上にある混合室（３１１）へ供給される噴射混合器であるか、ま たは焼結された多孔性分離層の一方の側なるべく円筒状焼結体（３１４）の内部 へガスを供給されまた分離層の他方の側にある混合室（３１２）へ燃料を供給さ れる焼結プラグ混合器（１目）であるか、またはガスおよび燃料を供給される混 合室（３１３）をもつ静混合器（＋１２）であることを特徴とする特許請求の範 囲第１項ないし第７１ｒｉの１つに記載の方法を実施するための装置。 ９　流れの方向において混合器（ｌＬ１１Ｌｌ１２）の後に藺区間（１６３）を 含むなるべく円筒状の管（１５）が設けられ、この管がその直径に対してなるべ く２倍の高さくｈ）をもち、管（１５）に対してなるべく同心的になるべくガラ スからなる円筒状ハウジング（１６）が導出区間（１６４）として設けられ、こ のハウジングの下方部分（＋６２１に燃料導出管（ｚ７）が接続されていること を特徴とする特許請求の範囲第８項に記載の装置。 １０　ハウジング内に複数の混合器（ＩＬＩＩ＋、＋１２）と管（１５）が並ん で設けられていることを特徴とする特許請求の範囲第９項に記載の装置。 １１燃料がタンク（４０）からフィルタ（４２）および逆止弁（４４）を経て混 合器（１１，１１１，１１２）へ供給され、ポンプ（旧）が溶液に圧力を一′ｊ えることを特徴とする特許請求の範囲第８項ないし第１０項に記載の装置。 Ｉ２　ガスが制圧びん（２０）から減圧弁（２１）および（または）圧縮機（２ ３）から逆止弁（２４）および減圧弁（２５）、＋７３合によっては混合導管（ ２６）を経て、また配分装Ｍ（２Ｃｊ）を経て混合器（Ｕ、＋Ｕ。 １１２）へ供給されることを特徴とする特許請求の範囲第８項な＆）シ第１１項 の１つに記載の装置。 １３　配分装置り２９）が調整装Ｍ　（Ｒ）に接続され、この調整装置が入力側 を圧力測定器（４６）または気泡検知器例えば浮子またはなるべく光電装置（５ ０，５１）の光検知器（５１）に接続され、この光電装置がハウシング（１６） の混合円蓋（１６１）内における気泡の流れの停さを通報し、調整装置（Ｒ）が 配分装置（２９）を制卸して、光電装置（５０，５＋）の信号が混合器（１１） の出口における気泡流に比較して所定の低い気泡流の信号に相当する比較値、− 比較され、こうして生ずる差信号が制＃量として用いられることを特徴とする特 許請求の範囲第１２項に記載の装置。 １４　ハウジング（１６）の混合円蓋（＋　６１　）に、配分装置１ｔ（４５） をもちかつタンク（４０）へ通ずる燃料戻り導管（４７）が設けられ、気泡検知 器が部分（］６＋）における大きい気泡の存在を比較的大きい出力信号によって 通報するとき、燃料戻り導管（４７）が調整装ａ（Ｒ）により開かれることを特 徴とする特許請求の範囲第１２項または第１３項に記載の装置。 １５　ポンプ（４１）と気化器付き機関の場合気化器または噴射機関の場合燃料 分配器（６４）またはディーゼル機関の場合噴射ポンプ（６０）との間の燃料導 管（１７）の部分（１７１ａ　−１７１ｄ）において、ガスが燃料に溶解される ことを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第１４項に記載の方法または装置 を使用する内燃機関。 １６　気化器、噴射ポンプ（６０）または燃料分配器（６４）のような燃！１１ ！酎分装置に供給される制？ａ量（６０ａ、６４ａ）が、制ａ　ｆｆｉ　（６０ ｂ　、　６４ｂ　）として配分装＠（２９）または調整装置（Ｒ）へ供給される ことを特徴とする特許請求の範囲第１５項に記載の内燃機関。 １７　ポンプ（４■）とバーナノズル（７１）との間の燃料導管（１７）の部分 （１７１ａ−＋７＋ａ）において、ガスが燃料に溶解されることを特徴とする特 許請求の範囲第１項ないし第１４項に記載の方法または装置を使用する加熱およ び燃焼＠置。 】８　ポンプ（４１）と推進機構ノズル（８１）との間の燃料導管（１７）の部 分（１７１ａ　−１７１ｄ）において、ガスが燃料に溶解されていることを特徴 とする特許請求の範囲第１項ないし第１４項の１つに記載の方法または装置を使 用するジェット推進機構。 ガス特に炭酸ガスを液状燃料に俗解してそれを過飽和状態で燃儲用空似に分布す る方法および薮置