JPS61123752A - 燃料や燃焼補助剤の供給装置 - 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】 ［技術分野］ 本発明は、空気と燃料との混合気を燃焼させる装置、殊
に霧化した燃料あるいは燃焼補助剤を自動車用内燃機関
に供給するための燃料や燃焼補助剤の供給装置に関する
。

［背景技術］ 空×と混合されて内＠機関に供給される燃料は、その粒
子の径が小さく、且つ粒子径が均一であろほと、その単
位重量当たりの表面積が大きくなり、また空Ｘと混合さ
れろ際の混合もより均一になされることになる。そして
内燃機関の各シリンダーへと供給される燃料と空気との
混合気が一様となってシリング−バランスが良く、また
完全燃焼しやすくなることから、薄い混合気でも使用す
ることができ、排気〃ス中のＣｏ、ＨＣ，ＮＯｘなどの
濃度を低下させることができる。

ところでガソリン内燃機関において、燃料の供給に最も
一般的に使用されているのは、気化器で　゛あって、気
化器のペンチエリ一部を高速で空気が流れることで生じ
る負圧によって燃料を吸い上げるものである。この場合
、燃料粒子の径は、空気速度によって異なるものの、内
燃機関が低速回転をしていて、ペンチエリ一部を流れる
空気の速度が遅い時には燃料粒子の平均粒径はほぼ１０
０μ、高速回転を行なっていて空気の速度が速い時で平
均粒径はほぼ３０μ程度と言われている。つまりは、内
燃機関の運転状態により、燃料粒子の粒径が変わるもの
であり、また高速回転を行なっている時の平均粒径にし
ても、さほど小さいものではなく、希薄混合気を完全燃
焼させることが困難なものであった。

また、各種内燃機関、あるいは外ｔ＆機関においては、
その燃料であるガソリン、軽油、重油等に適度の水分、
アルコール類のような含酸素炭化水素物といった燃焼補
助剤を添加すると、燃焼効果が向上するだけでなく、排
気〃ス中のＣ０１ＨＣ。

ＮＯｘも低減することが確かめられている。そしてこの
燃焼補助剤の添加にあたっては、従来燃料中に塩焼補助
剤を混合しで、両者を同時に気化するようにしており、
このために両者の混合を均一に保つことが困難であって
、始動時や負荷変動時にＩｆｌｌｌｌｌを不安定として
しまうことが多々ある。たと元ば、燃焼補助剤として水
を用いる場合、これを燃料に混入しても、燃料である炭
化水素は水に対して不溶性゛であるために、両者を均一
に混合することは雉しく、また静止状態におくと水相と
油相とに相分離を起こしてしまい、時には水のみが機関
に供給されてしまう事態を招り、＠焼補助剤としてメタ
ノールやエタノール等のアルコール類や７セトンといっ
た燃料と比較的よく溶解混合する含酸素炭化水素物を用
いた場合でも、×温の低下による溶解度の低下が起こる
と、燃料と燃焼補助剤との相分離をきたしてしようもの
であり、殊に上記燃焼補助剤は水溶性であるために、燃
料に含まれる一部の水と燃焼補助剤とが混合して、燃料
に対する燃焼補助剤の溶解度を低下させてしようことが
経験されでおり、またディーゼＪレニンジンにおいては
その燃料に対する水やアルコール類との混合が極めて困
難であることから、常に攪はん手段を併用しなくてはな
らな（なっている、更には予め燃料中に塩焼補助剤を混
合しておくわけであるから、機関の負荷状況に応じて燃
焼補助剤の混合比率を調節するということらできず、こ
のために機関の状況によっては、ｌｆｉ［本来の出力を
発揮させることができなくなっている。

［発明の目的］ 本発明はこの上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、燃料を供給する場合においては予
め微粒子とした燃料を燃焼用空気のための空気路に送り
込むことができて、希薄混合気の完全燃焼を行なわせる
ことができ、主な燃焼補助剤を供給する場合においては
、機関の負荷状況に応じた量の燃焼補助剤を微粒子状態
で供給することができるとともに、燃料とは別に供給す
るために燃料と燃焼補助剤との相分離という問題を招く
ことがない燃料や燃焼補助剤の供給装置を提供するにあ
る。

［発明の開示１ しかして本発明は、燃焼用空気路を流れる燃焼用空気の
量を検出する検出手段と、この検出手段の出力に基づい
て燃料あるいは燃焼補助剤を霧化させる超音波霧化器と
、発生した燃料あるいは燃焼補助剤ミストを燃焼用空気
路に導く供給路とから成ることにａｍを有するものであ
り、＃＆焼焼用空力量を検出するとともに、この検出し
た量に応じた量の燃料あるいは燃焼補助剤を超音波霧化
器で霧化し、そしてこの霧化によって得た燃料あるいは
塩焼補助剤のミストを燃焼用空気路に導くようにしたも
のである。Ｊ１音波霧化器によつて得ることができる燃
料ミストや燃焼補助剤ミストの粒径は、２５〜５０μ程
度とすることができるものであり、しかもこの値は機関
の回転数と関係なく得ることができることから、安定し
た粒径の微粒子とすることができるわけである。また燃
料あろいは燃焼補助剤を霧化するにあたっては、燃焼用
空気路を流れる燃焼用空気の量を検出する検出手段の出
力に基づいて行なうために、燃焼あるいは燃焼補助剤の
霧化は、機関が必要とする量に応じてなされるものであ
る。そして、ここにおける検出手段としては、燃焼用空
気路において生じる負圧を検出するもので構成すること
ができ、またこの出力に基づいて燃料あるいは燃焼補助
剤を霧化する超音波霧化器としては、上記出力によって
圧電振動子に加える電圧を変化させるものとして構成す
ることができる。

以下本発明を自動車用内ｍ機関に適用した実施例に基づ
いて詳述すると、第１図乃至第４図は、内燃は関に燃料
と燃焼用空気との混合気を供給するためのものであって
、圧電振動子１０をタンク１１内に備えた超音波霧化器
１と、ベンチエリ＋２０を備えてエアクリーナ２２を通
過した空気を内燃機関のシリンダーへと導く空気路２と
、空気路２におけるベンチェ１７−２０付近に接続され
たダイヤフラムバルブ３０、そしてこのダイヤフラムバ
ルブ３０の出力で作動する電圧調整器３５によって構成
されている。空気路２におけるエフクリーナ２２とベン
チエリ−２０との開にはチョークバルブ２３が設置され
ており、またベンチエリ−２０と内燃機関のシリング−
との間にスロットルバルブ２４が夫々設置されている。

超音波霧化器１は、燃料ポンプ５０を介して燃料タンク
５１に接続されたものであって、第２１２１及び第３図
に示すように、燃料タンク５１から送られてくる燃料は
、タンク１１内に設置した７０−ト１５により駆動され
るニードルバルブ１６を備えた液面調節ねヒ１７により
、常にタンク１１内において所定レベルを越えることが
ないように制御される１両面に電極が設置され且つ周縁
部がゴムのような保持材１２にて保持８Ｆした圧電振動
子１０は、タンク１１内におけろ片側底部に設置されて
おり、この上方にはタンク１１の壁面と、邪魔板１３と
で囲まれた小空間が設けられている。

またこの小空間の上部は、燃料供給管１８によって上記
空気路２におけるベンチエリ−２０内につながっている
とともに、平衡管１９によって空気路２におけるエフク
リーナ２２１ｍの部分につながっている。

圧電振動子１０は直接超音波発振器１４に接続されたも
のではなく、前述のダイヤフラムバルブ３０とともに空
気路２を流れる塩焼用空気の量を検出する検出手段を構
成している電圧調整器３５を介して接続されている。ダ
イヤフラムバルブ３０は第４図及び第５図に示すように
、ダイヤフラム３１とこれを付勢するばね３２、ダイヤ
フラム３１から突設されたａラド３３、上記ばね３２の
池端を受ける調整ねじ３４とから構成され、空気路２に
おけるペンチエリ−２０付近の負圧が大きくなって、ダ
イヤフラム３１を吸引する力がばね３２に勝ると、ばね
３２に抗してダイヤフラム３１及びロッド３３が後退す
る。一方電圧調整器３５は、上記ダイヤフラムバルブ３
０におけるロッド３３に取り付けたブラシ３６の摺動で
抵抗値が変化する可変抵抗器として形成されたものであ
って、ロッド３３に対するブラシ３６の取付位置は調節
可能とされている。

更にここにおける超音波霧化器１には、自動車の急加速
の際の燃料増量に対応するべく、パワー燃料供給手段６
が設けられている。これは、空気路２におけるスロット
ルバルブ２４以降の部分の負圧によって、ばね６１に抗
して吸い上げられるバワービ又トン６０、パワーピスト
ン６０１枯されてパフ−ピストン６０とともに作動する
パワーバルブ６２とから構成され、上記負圧の値が小さ
くなると、ばね６１によりパワーバルブ６２が開き、タ
ンク１１内の燃料がパワーバルブ６２どパワー燃料供給
管６３とを通じてペンチエリ−２０へと送られるもので
ある。

しかして、この燃料の供給装置においては、超音波発振
器１４で駆動される圧電振動子１０の振動によって、タ
ンク１１内の燃料が霧化して燃料ミストとなり、モして
ベンチエリ−２０を燃焼用空気が流下する際に生ずる負
圧により、タンク１１の小空間から燃料供給管１８を経
てペンチエリ−２０へと吸い出されてベンチエリ−２０
を流下する燃焼用空気に混合されるものであるとともに
、エアクリーナ２２を通過した後に平衡管１９を通じて
小空間に流入し、そして燃料供給管１８を通ってペンチ
エリ−２０へと流れ出る空気流に乗って燃料ミストがベ
ンチュリー２０へと送られるものであるが、内燃機関の
回転数が低い場合、たとえばアイドリングを行なってい
る時などは、ベンチュリー２０を流下する燃焼ｍ空気の
量が少なくて、ベンチュリー２０において生ずる負圧も
小さく、従ってダイヤ７ラムバルブ３０においてばｈ３
２に抗してダイヤフラム３１が吸引される量も小さいた
めに、電圧調整器３５を介して超音波霧化器１の圧電振
動子１０に送られる電圧は余り高くならず、このため、
圧電振動子１０の振動量も小さく、燃料も霧化量は少な
い、そして内Ｉａｌｆｉ関の回転数が増加して内＠機関
へと送られる燃焼用空気の量が増加するにつｈで、ペン
チエリ−２０において生ずる負圧も大きくなり、圧電振
動子１０に供給される電圧も高（なっていくために、燃
料の霧化量も増加し、内燃機関に供給される燃料量が多
くなる。

主た内＠機関の始動時においては、チ碧−クバルブ２３
が閉められるために、ベンチュ＋７−２０を通る空気の
量はさほど多くないものの、ペンチエリ−２０１：おい
て発生する負圧は大きくなることから、超音波霧化器１
において生ずる燃料ミストの量も多くなり、始動に必要
な濃混合気が内燃機関へと供給されることになる。更に
加速時においては、スロットルバルブ２４が開かれるこ
とで、一時的に又クツトルバルブ２４付近において生ず
る負圧が小さくなり、パワー燃料供給手段６におけるパ
ワーピストン６０及びパワーバルブ６２を引きあげる力
が弱くなって、パワーバルブ６２が開くために、燃料は
超音波霧化器１において霧化されて燃料ミストとされた
状態でペンチエリ−２０へと供給されるだけでなく、パ
ワーバルブ６２からパワー燃料供給管６３を通じてもペ
ンチエリ−２０へと供給されることになり、高負荷高回
転に必要な濃混合気の供給がなされるものである。

尚、急加速に対応するために、加速ポンプも備えて加速
ポンプで送られる燃料がペンチエリ−２０の上流におい
て空気路２へと噴射されるようにしているのであろが、
この点については図示していない。

内燃機関の特性に併せて超音波霧化器１において発生さ
せる燃料ミストの量を調節することは、グイヤ７ラムバ
ルプ３０における調節ねじ３４でばね３２の初期圧縮量
を調整したり、ロッド３３に取り付けるブラシ３６の位
置をｌｌＩ整することで行なうことができる。

第６図に示す実施例は、前記実施例において空気路２中
に設けていたチ３−クバルプ２３及びスロットルバルブ
２４に代えて、スロットルシ＋７）７０の回転で空気路
２中をその輪方向に動くコーンバルブ７１を設置すると
ともに、コーンバルブ７１を取り巻く空気路２の壁面に
、環状のオリフィス７２を形成して、このオリフィス７
２の背方空間に超音波霧化３１からの燃料ミストを供給
するようにしたものである。この場合、ペンチエリ−２
０は、才りフイス７２が設けられている空電路２内壁面
と、コーンバルブ７１との間の環状可変のものとして形
成されるものであり、また環状可変ペンチエリ−２０を
流下する薄膜円筒状の高速空気流に対し、環状可変ペン
チエリ−２０の全周から燃料ミストが供給されることか
ら、更に混合の均一化を期待することができるものであ
る尚、ダイヤ７ラムシイルブ３０及びパワー燃料供給手
段６は、ペンチよＩＪ　−２０以降の空気路２（インテ
ークマニホルド）の負圧を検出するようにされている。

また、第６図中に示すコーンバルブ７１は略フィトリン
グ状態にある際を示しており、アクセルペダルを踏んで
、コーンバルブ７１を図示位置より図中下方に下げ、ペ
ンチエリ−２０面積を大きくすると、内燃機関へと送ら
れる燃焼用空気の量が多くなり、またこれに伴なって、
ペンチエリ−２０以降の空気路２の負圧が小さくなるた
めに、ダイヤ７ラムバルブ３０におけるロフト３３は、
ばね３２による付勢で図中右方に移動し、超音波霧化器
１の圧電振動子１０に印加する電圧を高くすることから
、燃料ミストの発生量も増加する。逆に内燃機関の回転
数が低くなれば、コーンバルブ７１の上動でペンチエリ
−２０面積が小さくなり、ペンチエリ−２０以降の空気
路２において生ずる負圧が太き（なるために、ダイヤ７
ラムバルブ３０のロッド３３はばね３２に抗して引き込
まれて、超音波霧化器ｌの圧電振動子１０に印加される
電圧を小さく、そして燃料ミストの発生量を少なくする
。

更に本実施例においては、内燃機関の始動を容易とする
ために、ダイヤ７ラムバルプ３０と空気路２とをつなぐ
負圧配管の途中に、内燃機関の冷却水温度によって作動
するサーモパルプ７５を設置しである。これは冷却水温
度が所定温度を越えるまでは、つまりは内燃機関のｇ！
８！１がほぼ完了するまでは、閉した主まであって、空
気路２（インテークマニホルド）において生ずる負圧が
ダイヤプラムパルプ３０１こｆ云わることがない上うに
しているものであり、このために、始動に際してはペン
チエリ−２０以降の空気路２において生ずる負圧が大き
いものであるにもかかわらず、圧電振動子１０には高電
圧が印加されて、燃料ミストの発生量が多く、従って内
＠機関には濃混合気が供給さ九るようにしているもので
ある。Ｂｉｆｉが完了して冷却水温度が上昇すれば、サ
ーモパルプ７５が開いてペンチエリ−２０以降の空気路
２の負圧をダイヤ７ラムバルプ３０に伝えるために、以
後は内燃機関の回転に応じた、すなわち内＠機関が必要
とする燃焼用空気の量に応じた燃料ミストがペンチエリ
−２０へと供給される。

次に、自動車用内燃機関に燃焼補助材を供給する場合の
実施例を、第７図以下の図示例に基づいて説明する。基
本的な構成は、燃料を供給する場合と同じであって、燃
料タンク５１に代えて燃焼補助材タンク８１が、燃料ポ
ンプ５０に代えて燃焼補助材ポンプ８０が使用さＫ、更
に超音波霧化器１においては当然ながらパワー燃料供給
手段６が設けられておらず、またこれに伴なって空気路
２と超音波霧化器１とを結ぶ配管数が少なくなり、そし
て、空気路２の径を絞った部分とダイヤ７ラムバルプ３
０とを結ぶ配管中にサーモパルプ８を、あろいは電源と
超音波発振器との間にサーモスイッチ９を設けた点にお
いてのみ、相異している。ここにおけるサーモパルプ８
は、内＠機関の冷却水の温度が所定温度を越乏だ時に開
くものであって、それまではたとえ空電路２中の径が絞
られた部分の負圧が大きくなっても、ダイヤ７ラムパル
プ３０は作動せず、従って超音波霧化器１における圧電
振動子１０に印加される電圧も低くなっているものであ
り、このために燃焼補助材ミストの発生量は少なくなっ
ている。またサーモスイッチ９も、内燃機関の冷却水の
温度が所定温度を越えろよでは開いたままでありて、こ
のために超音波発振器１４を作動させることはなく、冷
却水の温度が所定温度を越えて初めて電源と超音波発振
器とをつないで、超音波発振ＦＦ１４を作動させろもの
である。従って、内燃＠閏の冷却水の温度が高くなって
暖機運転が完了するまでは、燃焼補助材ミストの燃焼用
空気への添加が行なわれず、そして暖機が完了してから
後は、空気路２中の径が絞られた部分において発生する
負圧の大きさに応じた電圧が圧電振動子１０に印加され
、そしてこの電圧に応じた量の燃焼補助材ミストが空気
路２へと供給されるものである。尚、サーモパルプ８と
サーモスイッチ９とは、いずれか一つを設置すればその
目的が達ｒＩｔされるものであって、両者を共に設ける
必要はない。

以上の各側においては、燃焼用空気の量を検出する検出
手段として、スロットルとの関係で間接的に空気量を検
出することなるペンチエリ−２０付近あるいはペンチエ
リ−以降の空気路２であるインテークマニホルドの負圧
を検出するものを用いたが、その他エフ７０−メータ、
エフ７又センサ等の手段を利用することができる。

［発明の効果］ 以上のように本発明においては、超音波霧化器という常
に微粒子のミストを発生させることができるものを用い
て燃料ミスト、あるいは燃焼補助材ミストを発生させ、
これを燃焼用空気が流れる空気路へ供給するものであり
、しかも空気路を流れる燃焼用空気の量に応じた量の燃
料ミストあろいは燃焼補助材ミストな発生させてこれを
供給するものであって、燃料の供給の場合においては安
定した微粒子としての燃料を送ることができるために、
希薄混合気の完全燃焼とこれに伴なう排気ガスのクリー
ン化、良好なシリング−バランス等を得ることができる
ものであり、また、燃焼補助材を供給する場合において
は、同じく安定した微粒子としての燃焼補助材ミストを
送ろことができるだけでなく、内燃機関の負荷状況に応
じた量の塩焼補助材を供給することができるものであっ
て、塩焼効率の向上、燃費の削減、排気〃スの清浄化と
いった燃焼補助材を添加することによる効果を、最大限
に引き出す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図は同上の超音
波霧化器の断面図、第３図は同上の超音波霧化器の破断
平面図、第４図は同上のダイヤプラムパルプの断面図、
第５図は同上のダイヤプラムパルプの部分断面図、第６
図は他の実施例の断面図、第７図は更に池の実施例の断
面図、第８図は同上の超音波霧化器の断面図であって、
１は超音波霧化器、２は空気路、１０は圧電振動子、１
１はタンク、２０はペンチエリ−１３０は検出手段とし
てのダイヤプラムパルプ、３５は電圧ｉｔ！器を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）燃焼用空気路を流れる塩焼用空気の量を検出する
   検出手段と、この検出手段の出力に基づいて燃料あるい
   は燃焼補助剤を霧化させる超音波霧化器と、超音波霧化
   器で発生した燃料ミストあるいは燃焼補助剤ミストを燃
   焼用空気路に導く供給路とから成ることを特徴とする燃
   料や燃焼補助剤の供給装置。
2. （２）検出手段は、燃焼用空気路において生じる負圧を
   検出するものであることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の燃料や燃焼補助剤の供給装置。