JPS61501040A - 内燃機関の燃料装置 - 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】 内燃機関の燃料装置 本発明は内燃機関により効率的に燃料を供給する改善された燃料装置に関する。

さらに特定すれば、本発明は乗物の内燃機関において炭化水素燃料を処理すなわ ち改質する装置に一般に、内燃機関は灯油、ガソリン等の炭化水素燃料を燃料と して使用する。特に、最近ではこのようなエンジンに使用するガソリンの消費量 の低減について技術的な考慮が払われている。また、世界中の石油の供給が限界 に逼しつつあり、また最近のガソリンの需要の増加によって価格が上昇している 。

現在のガソリンを燃料とする内燃機関は一般的にその効率が低く、また環境に有 害な燃焼生成物を放出する。さらに、このようなエンジンは比較的高温で運転さ れるため、潤滑油の油膜切れを生じることがあり、また点火プラグ、バルブその 他のエンジン部品を劣化させ、またカーボンの堆積を招きエンジンの耐久性を損 い、整備点検のコストを上昇させる。

ガソリンはその体積の約２／３がガスのような軽質の成分であり、またその体積 の１゛／３が油状の重質の成分である。

車両のエンジン等で（は、その運転中にガソリンの粒子がキャブレータを流れる 空気と混合し、高温の吸気マニホルドを介して高温の燃焼至に供給され、ここで 上記の軽質の成分が重質の成分から分離され、この炭化水素の一部はこの炭化水 素の液状での酸化によって各種の石油化学的な物質に変換される。上記の軽質の 成分と空気との燃焼は、上記の石油化学的な物質およびガソリンの添加物から生 成される重質の炭化水素成分の存在によって妨げられる。このような現象は、理 論的な空燃比より高い空燃比の薄い混合気に点火することを妨げる。ざらに、こ のような混合気は燃焼速度が遅いため、特にストロークの短いエンジンでは上死 点より前に点火する必要な生じ、このエンジンの効率な低下させる。また、チョ ーク使用時、アイドリング時および加速時等の通常運転の際には理論的な空燃比 より低い空燃比の濃い混合気となるので、このエンジンの効率を一層低下させる 。

また、ガソリンが燃焼される場合、理論空燃比より低い濃い混合気では一酸化炭 素や未燃焼の炭化水素を発生しやすく、またエンジンの作ｖＪ温度がかなり高く なる原因となる。また、理論空燃比の理想的な混合気は一般的に窒素酸化物を生 じやすく、またエンジンの加熱を招く。しかし、理論空燃比より高い簿い混合気 は排出物すなわち燃焼生成物が少ない。このようにすれば、この高い空燃比によ ってエンジンを低い温度で作動させることができる。このような好ましい作動を 実現するには、燃料としてガソリンより揮発性の高いものを使用し、高い空燃比 で点火できるような薄い混合気を利用する必要のあることが知られている。この ような揮発性の高い燃料は、はぼ完全に燃焼させることができ、燃焼によって発 生する好ましくない生成物の量を減少させることができる。また、これによって エンジンの作動温度を低下させ、また燃料の効率を向上させることができる。

また、特にガソリン等の炭化水素燃料の軽質成分は寒冷時においてエンジンの始 動性能を向上させることが知られている。この軽質成分は揮発性が高いので、エ ンジンの吸気系内での蒸発速度が速く、エンジンの始動時により速く始動させる ことができる。また、このような燃料はガソリンのような通常の燃料よりも低温 始動時における燃料の排出を低減できることが知られている。従来の技術では、 乾燥ガスと称されている。このガソリンの軽質成分はエンジンの始動時のみに使 用される特別の燃料として使用されていた。そして、このような揮発性の高い燃 料をエンジンの＠礪運転後も使用することは経済的な点から実用的ではなく、エ ンジンの定常運転時には通常のガソリンを通常の燃料装置で使用していた。よっ て、エンジンの始動時のみに使用される揮発性の高い燃料用の燃料装置と、定常 運転時に使用される通常の燃料用の燃料装置の２系恍の燃料装置が必要であった 。このため、始動時および定常運転時の両方に単一の燃料を使用し、エンジンの 始動時にはこの燃料を処理して軽質成分を抽出することが望まれていた。

１豆立１１ 本発明は、内燃機関用の炭化水素燃料を使用する改良された燃料装置を提供する ことを目的とする。

また、本発明の別の目的は、燃料の消費効率を向上し、また燃焼による汚染物質 の発生を減少することにある。

また、本発明のさらに別の目的は、待に内燃機関で駆動される乗物において、運 転状態やエンジンの形式が異なる場合でも単一の燃料を使用できる燃料装置を提 供することにある。

さらに本発明の別の目的は、燃料の汚染を防止し、エンジンの耐久性を向上させ 、またエンジンの保守点検を簡易化することができる改良された燃料装置を提供 することにある。

上述した本発明の目的は改良された燃料装置によって達成され、この燃料装置は ガソリンにように全体を内燃機関に使用するような炭化水素燃料を使用するもの を改良し、この燃料から特定の成分を分離して気化し、使用しない成分を分離し て貯蔵しておくものである。このような作用は、軽質すなわち気化性の揮発性の 高い炭化水素成分と、油性の炭化水素成分からなる重質成分とを分離できる燃料 を使用することによって達成される。このような成分の分離は超音波加熱を利用 する分離装置によってなされる。軽質の成分は気化して直接エンジンに送られ、 また残りの重質の成分は元の燃料から分離され、貯蔵される。また、この空燃比 を制御するための制御回路が設けられ、このエンジンの搭載されている車両の運 転者のアクセル操作や速度の設定操作等の指令に対応して制御をなす。最初のエ ンジンの始動の場合には分離されていない燃料を気化または霧化してエンジンに 供給する。また安全弁が設けられ、通常の運転時に燃料の蒸気を利用することに よる危険を防止する。

本発明の目的、特徴、特性等は図面を参照する以下の説明および請求の範囲によ って明らかになるであろう。

′　の　た讐 第１図は車両の内燃機関にした本発明の実施例の概略図である； 第２図は第１図の２−２線に沿って見た図である：第３図は、軽質成分と重質成 分とを分離する本発明に利用される燃料分離機構の実施例の分解斜視図である： 第４図は本発明に利用される燃料計！１灘構の実施例の分解斜視図： 第５図は本発明に利用される燃料計量機構の第２の実施例の分解斜視図； 第６図は第５図の６−６線に治って見た図：第７図は本発明に利用される燃料分 離機構の第２の実施例の概略構成図である。

例の詳細な一〇 本発明の燃料装置１の概略を第１図に示す。第１の容器３内には炭化水素燃料が 貯溜されており、この容器には給油口５が設けられ、この給油口を介してこの容 器３内に燃料が補給されるように構成されている。また、この容器３内にはフロ ート検出器７が設けられ、この容器内の燃料の液位を検出し、検出機構１１によ って発生した信号を電線９を介して表示器（図示せず）に送るように構成されて いてる。なお、この機構は自動車の燃料タンクの液位検出機構と同じ構成である 。この点に関しては、この容器３は自動車の燃料タンクを構成し、上記の給油口 ５を介してガソリンスタンドの給油装置から燃料が補給される。この容器３には リリーフバルブ１３が設けられ、この容器３内の空気を逃がすことができるよう に構成されている。また、この容器３内には配管１７を介してポンプ１５がら空 気が圧入され、このポンプ１５の上流側にはバルブ１６が設けられ、この容器３ 内を大気圧より高い圧力に加圧し、軽質の成分が蒸発するのを防止している。

また、この配管１７の途中には逆止弁１８が設けられ圧力を制御するように構成 されている。

この容器３からの燃料は配管１９を介して分離器２０に送られる。なお、上記の ポンプ１５によって上記の容器３内を加圧する代りに、上記の配管１９の途中に ポンプ２１を設けてもよい。また、上記のポンプ２１の下流側の配管１つには第 １の電磁弁２３が設けられ、この電磁弁はＮ線２７を介してサーモスタティック 制御ユニット２５によって制御されるように構成されている。また、この電磁弁 ２３の下流には第２の電磁弁２９が設けられ、この第２の電磁弁は電線３３を介 して電気的燃料計最ユニット３１によって制御されるように構成されている。こ のユニット３１には、この燃料装置が取付けられた内燃エンジン（図示せず）の 回転速度がタコメータ３７に接続された電線３５を介して入力されるように構成 されている。また、点３つに入力された負荷信号または運転者の指令信号は電線 ４１を介して上記のユニット３１に送られ、この電線の途中に（亭ポテンショメ ータ４３またはこれと同様な装置が設けられている。

ごの分離器２ｏはエンジンの作動中の排気マニホルドのガスからの熱によって作 動される。このガスは入口配管４５および出口配管４７を介してこの分離器２０ に供給される。この分離器２０に供給されるガスは電線５１を介して制御ユニッ ト２５によって制御される制御弁４９によって制御される。

また一対の温度検出器５３および５５がこの分離器２０内に設けられ、この温度 検出器によって上記の制御ユニット２５がこの分離器２０の温度を監視する。ま た、フィルタ５９企備えたエアベント５７がこの分離器２０に備えられ、この内 部の流れを確保するために外気との空気の交換をなす。この分離器２０から供給 された重質の成分はドレン管６３を介して第２の容器６１に送られ、このドレン 管の途中には湾曲したし・ラップ部６５を設けることが好ましい。この容器６１ にはこの容器６１内を外気と連通する管６７が設けられている。

また、上記の第１の容器３の場合と同様に、この第２の容器６１にはこの内部の 液位を検出するためのフロート検出器６９が設けられ、その検出部７１からの信 号は電線７５を介してスイッチングユニット７３に送られるように構成されてい る。また、このユニット７３には計器７７が電ｔｉａ７９を介して接続されてお り、この容器６１内の液位を表示するように構成されている。

また、電池等の土竜ＩＩ！８１はこのスイッチングユニット７３に電線８３を介 して直接的に接続され、またこのユニット７３は電線８５を介して上記のユニッ ト２５に直接的に接続されている。

また、８７は気化器であって、この気化器にはエアインテークフィルタ８つおよ びスロート９１が設けられ、これらは内燃エンジンのインテークマニホルド９３ に接続されている。

上記のスロート９１はベンチュリ部９５を有し、このベンチュリ部には給気管９ ７を介して分離器２０からの気化した燃料が供給される。また、このスロート９ １にはブラケット１０１に支持された霧化ノズル９つが設けられ、このスロート ９１を介して非常に細かい燃料の粒子をエンジンのインテークマニホルド９３に 供給するように構成されている。この霧化ノズル９つには、燃料を極めて細かい 粒子にするために超音波気化ユニット（図示せず）が設けられている。この超音 波ユニットは第２の電源によって駆動され、この電力は電線１０５を介して供給 される。また、上記のノズル９９には配。

管１０７を介して上記の容器３から燃料が供給される。そして、この配管１０７ の途中には燃料フィルタ１０９が設けられている。また、この配管１０７の上記 フィルタ１０９とノズル９つとの間には電磁弁１１１が設けられ、この配管内を 流れる燃料な制御するように構成されている。この電磁弁１１１は電線１３を介 して前記の制御ユニット２５によって制御される。また、電源１０３は電線１１ ５を介して電線１１５に電気的に接続されている。また、上記の制御ユニット２ ５と全体として１１８で示される電線１１３および１１５の間にはコンデンサ１ １７が設けられている。

また、上記の第１図に関連した第２図に示す如く、上記の気化器８７のスロート ９１にはこれから横方向に分岐したミスファイヤベント１１９が設けられており 、ミスファイヤの際の生成物が外気に導かれるように構成されている。また、上 記のスロート９１には閉塞板１２１が回動自在に枢着され、上記のベント１１９ をこのスロート９１の内面から遮断するように構成されている。この閉塞板１２ １の上縁部には一対のインパクト部材１２４が設けられており、これらのインパ クト部材はこの閉塞板１２１が上記のベント１１９を閉塞した場合にこのスロー ト９１の縦方向に延長されるように構成されている。また、この閉塞板１２１に は部材１２３が枢着されている。また、このスロート９１の内面には凸部１２５ が突設され、上記の閉塞板１２１が第１図に示す如くこのスロート９１の縦方向 に対して直交する方向以上に回動するの３防止している。また、第２図に示す如 く、部材１２４は上記の凸部１２５に達しないように短く形成され、上記の閉塞 板１２１が回動した場合でもこれに接触しないように構成されている。また、上 記の閉塞板１２１の平面形状は上記のベント１１９を完全に閉塞しないように構 成されているが、上記のスロート９１の断面形状に合致するような形状に形成さ れ、上記の凸部１２５に当接した場合にはこのスロートを閉室するように構成さ れている。

上記の閉塞板１２１がベント１１９を閉塞してミスフッイヤが発生した場合には 、燃焼によって発生した背圧がスロート９１を通過し、インパクト部材１２４に 当たる。これによって、このインパクト部材１２４は上方に回動し、これによっ て１記の閉塞板１２１が上記の凸部１２５に当接するまで上方に回動し、このス ロート９１を通過する流体を遮断する。

また、上記の閉塞板１２１がベント１１９を閉塞している場合には、上記のイン パクト部材１２４に空気と燃料との混合・気が衝突し、インテークマニホルド９ ３に吸入される前にこれらが均一に混合される。

また、航述した分離器２０の構造の詳細を第３図に示す。

この分離器２０は中空のジャケット１２７を備え、このジャケットは内側ケーシ ング１２つを囲み、これらの間に環状のチャンバ１３１を形成している。そして 、エンジンの排気マニホルドからの高温のガスがこのチャンバ１３１内に入口配 管４５を介して導入され、このチャンバ１３１を通過して出口配管４７を介して エンジンに戻される。このチャンバ１３１は内側ケーシング１２９から隔離され ている。また、このケーシング１２９内面には互いに離間して複数の棚部材１３ ３が設けられ、上記の配管１９を介してこのケーシング１２９内に供給された燃 料はこれら棚部材１３よって形成される迷路状の通路を流れる。そして、この通 路を流れる際に、この燃料はチャンバ１３１を流通する排気ガスによって加熱さ れ、この燃料中の軽質の成分が蒸発し、重質の油状の成分から分離される。また 、フィルタを通過した少量の空気がベント５７を介して流通し、分離された後の 燃料の流れを確実に。

する。そして、分離された燃料が壁１３５で形成されたこのケーシング１２９の 端部に達すると、この燃料の重質の液状の成分は上記の壁１３５に取付けられた 堰部材１３７によってこの壁１３５に形成されたドレン開口に導かれ、配管６３ を介して第２の容器６１に送られる。また、軽質の気体状の成分は上昇してこの 堰部材を越え、このケーシング１２９に形成された出口開口１４１から配管９７ を通って気化器８７のベンチュリ９５に供給される。また、２個のイ呂度検出器 ５３．５５がこのケーシング１２つの温度を検出し、この信号を上記のア制御ユ ニット２５に送る。この場合、１個の検出器の故障の場合を考慮して少なくとも ２個の温度検出器５３゜５５を設けることが好ましい。

また、前記の燃料計量ユニット３１の電気回路の概略を第４図に示す。エンジン の回転数はタコメータ３７によって検出され、またこの自動車の運転者の指令等 はポテンショメータ４３を介して伝達される。また、揮発性の高い燃料の蒸気が 上記の分離器２０から供給されるので、このエンジンは理論的な空燃比より簿い 空燃比で効率的に運転される。この状態は抵抗１４５を備えたリーン回路１４３ によって維持される。定常状態の運転では、信号はこの回路１４３を介して増幅 器１４７に送られ、この増幅器は上記の電磁弁２９な駆動し、この電磁弁はエン ジンの回転数および運転者の指令等に対応して上記の回路１つによって燃料の量 を制御するように構成されている。上記のポテンショメータ４３を介して運転者 の指令が増加した場合には、エンジンの回転数の信号との差に基づいてこのエン ジンの回転数を増加させる信号が発生し、この差によって上記のポテンショメー タ４３からの電流が変化し、増幅器１４９の出力を変化させる。この差分は濃厚 燃料回路１５１によって増幅され、上記のリーン回路とこの濃厚燃料回路からの 出力は両方とも増幅器１４７に送られる。この結果の信号によって上記の弁２９ が制御され、必要な燃料の量に比例して上記の配管１つ内を流れる燃料の流量が 制御される。上記の濃厚燃料回路１５１は、通常の定常運転の際には空燃比を理 論的な値より高く維持しているが、運転者の指令によって余分の燃料が必要にな った場合にはこの通常運転時の場合より理論的な値に近付くように空燃比を制御 する。

また、上記の装置１に使用される燃料計量装置の別の実施例を第５図に示す。こ の実施例では、前記の電気的な計量ユニット３１の代りに機械的なアナログ機構 を備えた計量ユニット１５３が設けられている。このユニット１５３は固定ケー シング１５５を備え、このケーシング内には空洞１５６が形成され、この空洞内 には環状バルブ部材１５７が回転自在に収容されている。このバルブ部材１５７ は略円筒状をなし、Ｏリング等の一対のガスケット１５９，１６１によって上記 のケーシング１５５との間の気密が維持されている。また、このバルブ部材１５ ７には、その壁の１８０°の範囲にわたって第１のスロット１６３が設けられて いる。また、この第１のスロット１６３から離間して第２のスロット１６５が設 けられ、この第２のスロットは第１のスロット１６３の幅より広い幅を有し、こ のバルブ部材１５７の壁を囲んで１８０°の範囲に形成されている。また、第６ 図にさらに詳細に示すように、上記のケーシング１５５には半円筒状の空洞１６ ７が形成されており、この空洞は上記のスロット１６３．１６５を介して上記の バルブ部材１５７内に連通しており、上記の空洞１５６に対するこのバルブ部材 １５７の回動位置に対応して上記の連通の度合いが変化するように構成されてい る。

また、上記のバルブ部材１５７にはプラグ１６つが取付けられており、このプラ グの雄ねじ１７１は上記のバルブ部材１５７の内壁に形成された雌ねじ部１７３ に嵌合している。

このプラグ１６９は延長された頭部１７５を瀬え、その直径は上記のバルブ部材 １５７の内径に略等しく、またその長さは上記の第２のスロット１６５の幅以上 に形成されている。

よって、このプラグ１６つを上記のバルブ部材１５７に対して螺進させると、そ の頭部１７５が上記の第２のスロット１６５による上記バルブ部材１５７内と空 洞部１６７との連通の度合いを変化させる。この連通の度合いの調整は、前記空 洞部１５６内でバルブ部材１５７を回転しておこなう連通度合いの調整に加えて おこなうことができる。上記の調整は、螺条１７１および１７３の方向に対応し てこのプラグ１６９を時計方向または反時計方向に回転させ、このプラグをバル ブ部材１５７に近接する方向または離反する方向に螺進させることによってなさ れる。

また、エンジンの回転数に対応して上記のバルブ部材１５７が回動され、この回 動は上記の第１のスロット１６３に対応してこのバルブ部材１５７の端部に形成 された軸部１７９に装着されたプーリホイール１７７によってなされる。また、 コイルスプリング１８１が設けられ、このコイルスプリングの一端部は上記のケ ーシング１５５に取付けられ、またその他端部は上記のプーリ１７７に取付けら れ、このブーりを回転力に抗して一方向に付勢し、このブーりが所定の位置に戻 るように構成されている。そして、このプーリ１７７の回動は流体シリンダ機構 １８７によってなされ、この流体シリンダ機構には配管１８つを介してエンジン の吸気マニホルドの負圧またはエンジンの回転数に対応した圧が供給されるよう に構成されている。ピストン１９３およびこれに接続されたピストンロッド１９ １がシリンダ１つ５内に往復移動自在に収容されている。このピストンロッド１ ９１の先端部は可撓性のベルト１９７に連結されており、このべろとの他端部は 上記のプーリホイール１７７に連結されている。モータ１８７が作動されていな い場合には、上記のスプリング１８１の付勢力によって上記のバルブ部材１５７ は上記のケーシング１５５に対して所定の元の位置に復帰される。

また、上記のプラグ１６９は、このプラグ１６９の先端部２０３に取付けられた 第２のプーリホイール２０１によって回動される。このプーリ２０１はエンジン に対する運転者の指令によってこのプーリに巻回された可撓性のベルト２０５に よって回転される。このエンジンが車両に搭載されている場合には、上記の可撓 性のベルト２０５はスロットルまたはアクセル機構に礪械的に連結される。また コイルスプリング２０７が設けられており、その一端部２０９は固定側支持部材 ２１１に取付けられている。また、このコイルスプリングの他端部２１３は可（ 真性のケーブル２１５の一端部に連結ざれており、このケーブルは上記のプラグ １６９の先端部２０３に巻回され、このケーブルの他端部（図示せず）はこのプ ラグに取付けられている。そして、上記のスプリング？０７の付勢力は上記のケ ーブル２１５を介して上記野プラグ１６９に作用し、前記の可撓性のベルト２０ ５を介してプーリ２０１が駆動されていない場合にはこのプラグ１６９を元の位 置に復帰させるよに構成されている。

また、上記のバルブ部材１５７内には供給配管２１７および軸部１７９を介して 燃料が供給される。前述したように、この配管２１７は使用される分離器に対応 して配管１つまたは配管９７のいずれかである。そして、上記のケーシング１５ ５に対する上記のバルブ部材１５７の回動位置、および上記の第２のスロット１ ６５に対する頭部１７５の位置によって、このバルブ部材野内部から空洞部１６ ７に流れる燃料の流量がエンジンの回転数や運転者の指令に対応して制御される 。このユニット１５３によって計量された燃料は配管２１９を介しでこの空洞部 １６７がら排出される。なお、この配管２１９は使用される分離器に対応して配 管１つまたは配管９７のいずれかである。　また、第７図には前記の装置１に対 応して説、明した分離器２０の代りの分離器２２１ｅ示す。

この分離器２２１は一対の流体モータ２２３および２２５を備え、これらは互い に直列に作動され、軽質の気化成分を気化して連続的にエンジンの吸気マニホル ド９３に供給するように構成されている。

上記のモータ２２３はシリンダ２２７と、このシリンダ内に収容された往復移動 自在なピストン２２９と、このピストンに接続されたピストンロッド２３１から 構成されている。

また、上記のシリンダ２２７の端部にはシール２３３が設けられ、流体の漏洩を 防止している。また外部シール２３５が設けられ、この外部シールは密封と上記 のピストンロッド２３１の往復移動の案内をなしている。このピストンロッド２ ３１がシリンダ２２７から突没することによって、互いに離間して配置された複 数のリミットスイッチ２３７，２３９゜２４１６よび２４３を作動させる、上記 のリミットスイッチ２３７および２３９は上記のピストンロッド２３１が当接し ていない場合には閉成している常閉形のものである。また上記のリミットスイッ チ２４１および２４３は上記のピストンロッド２３１が当接していない場合には 常時開成している常開形のものである。

また、上記のシリンダ２２７の上端部には圧力配管２４５を介してポンプ１５等 の圧力源から圧力が供給される。また、この圧力配管２４５の途中には電磁弁２ ４７が設けられ、上記のシリンダ２２７に供給される流量を１１１１１している 。また、負圧配管２４９を介して上記のシリンダ２２７内にはエンジンの吸気マ ニホルドの負圧等の負圧源から負圧が供給されるように構成されている。この負 圧配管２４９内の圧力はＮ１弁２５１によって制御される。

また、上記のシリンダ２２７の下端部にはトランスジューサ２５３が設けられ、 このトランスジューサはこのシリンダ２２７内に超音波エネルギを放射する。こ のトランスジューサ２５３には主電源から給電される。また、前記の第１の容器 ３からは供給配管２５５を介して上記のシリンダ２２７内に燃料が供給される。

この配管２５の途中には加熱器２５７設けられ、上記のシリンダ２２７に供給す る燃料を予熱するように構成されている。この加熱器は電気抵抗形のものでもよ く、またエンジンの排気と熱交換するものでもよい。また、この配管２５５を介 して上記のシリンダ２２７に供給される燃料の流量は電磁弁２５９によって制御 される。上記のモータ２２３で発生された軽質の燃料成分は上記のシリンダ２２ ７から軽質成分配管２６１、電磁弁２６３、切換え弁２６５および配管９７を介 して前述した気化器８７に供給される工また、この軽質成分は配管９７の途中に 配置された燃料計量機構２６９によって運転者の指令やエンジンの回転数に対応 して制御される。この計量機構は前述して電気的な燃料計量ユニット３１または 機械的な燃料計量機構１５３のいずれかである。上記の切換え弁２６５は往復移 動する弁体を備えたスプール形のもので、上記の配管９７を２個の燃料供給源に 切換え接続する。重質の燃料成分はモータ２２３によって配管２７１を介してド レン６３に送られ、第２の容器６１内に貯溜される。また、上記の配管２７１の 途中には電磁弁２７５が設けられ、流通する重質の燃料成分を制御する。

また、第７図に示す如く、上記のモータ２２５はモータ２２３と連通しており、 これと同様な構造をなしている。このモータ２２５のシリンダ２７７内にはピス トンく図示せず）とこれに接続されたピストンロッド２７９が収容されている。

また、このモータ２２１には複数のリミットスイッチ２８１゜２８３．２８５お よび２８７が設けられており、これらの作用は前記のモータ２２３のリミットス イッチ２３７〜２４３と全く同様である。また、上記のピストンロッド２７９に はジャーナルシール２８つが設けられている。同様に、このモータ２２５には圧 力配管２９１が設けられ、この配管には電磁弁２９３が設けられ、また負圧配管 ２９５が設けられ、この配管には電磁弁２９７が設けられている。

上記のシリンダ２２５には共通の配管２５５を介して上記の容器３から燃料が供 給される。上記のモータ２２３の場合、配管２５５を介して上記のモータ２２５ に燃料が供給され、また加熱器２９９および電磁弁３０１にも燃料が供給される 。

また、上記のシリンダ２２７の下端部にはトランスジューサ３０３が設けられ、 このトランスジューサはこのシリンダ内に超音波エネルギを放射し、またこのト ランスジューサは電源８１から給電される。また、前記のモータ２２５で発生さ れた軽質の燃料成分は配管３０５を介して調整弁２６５に送られ、またこの配管 の途中には電磁弁３０７が設けられている。また、このモータ２２５で発生した 重質成分は配管３０９を介してドレン６３に送られるように構成さ机、この配管 の途中には電磁弁３１１が設けられている。

上記のモータ２２３および２２５は互いに直列に作動して夫々配管９７を介して 気化器８７に軽質の燃料成分を送る他はその構成、作動が全く同じあり、以下モ ータ２２３とこれに対応した分離器２２１の作用のみを説明する。

上記のピストンロッド２３１がシリンダ２２７内に一杯に珊縮した場合には、こ のピストンロッドは上記のリミトスイッｆ２３７〜２４３には当接せず、このシ リンダ２２７内には燃料または分離された成分は供給されていない。ピストン０ ツド２３１がこの位置にある場合には、上記の圧力配管２４５の電磁弁２４７は 閉弁されており、また電磁弁２５１が開弁され、配管２４９を介してこのシリン ダ２２７内に負圧が作用する。そして、電磁弁２５９が開弁すると上記の容器３ 内から配管２５５を介して上記のシリンダ２２７に燃料が供給される。また、Ｎ 磁弁２６３および２７５が閉弁し配管２６１および２７１を介して燃料が流れる のが防止される。

また、配管２４９を介して運転中のエンジンの吸気マニホルドの負圧が作用し、 ピストン２２９Ｆ３よびピストンロッド２３１が上昇し、このモータ２２３の上 昇行程が開始される。

そして、上記のピストンロッド２３１が常閉のリミットスイッチ２３７および２ ３９に当接するが、また電磁弁は開弁ぜず、配管２５５を介してこのシリンダ内 には燃料は供給さねない。この配管２５５の途中に設けられている加熱器２５７ はこの時点で自動的に作動される。そして、上記のピストンロッド２３１がリミ ットスイッチ２４１に接触すると上記の電磁弁２５９が閉弁され、このシリンダ ２２７内への燃料の供給が停止され、また上記のトランスジューサ２５３が作動 してこのシリンダ２２７内に超音波エネルギを放出する。

ざらにこのピストンロッド２３１が移動すると、最後のリミットスイッチ２４３ に当接し、上記の電磁弁２５１が閉弁し−Ｃ配管２４９からの負圧の供給が停止 される。この時点で、上記の電磁弁２４７　ｈ＜開弁じ、配管２４５を介して圧 力がこのシリンダ内に導入され、またｆｆ１ｔａ弁２６３が開弁して配管２６１ を介してこのシリンダ２２７内に軽質成分が供給される。また、この場合には上 記のピストンロッド２３１によってリミットスイッチ２４３に当接し、上記のト ランスジューサ２５３の作動が停止する。そして、このピストンロッド２３１が 一杯に上昇すると、配管２４５からピストン２２９に圧力が供給され、このピス トンロッドは下降する。そして、このピストンロッド２３１がリミットスイッチ ２４１および２４３を閉成した場合には、弁は作動されない。しかし、このピス トンロッド２３１がリミットスイッチ２３つを開成させると、電磁弁２６３が閉 弁し、上記の配管２６１がらの軽質の燃料成分の供給が停止される。同時に、電 磁弁２７５が開弁じ、モータ２２３で発生した重質成分が配管２７１を介してド レン６３に排出される。ピストンロッド２３１がこの位置にある場合には、調整 弁２６５の往復φ力部品が切換え作動し、配管２６１が閉塞され、軽質成分が上 記のシリンダ２７７から配管９７を介してモータ２２５の配管から流れる。

上記のモータ２２３のピストンロッド２３１が上方に伸長。

作動する場合には、上記のモータ２２５のピストンロッド２７９は下方に短縮作 動する。また、上記の切換え弁２６５によって、上記のモータ２２３と２２５は 互いに反対に協働して作動し、配管９７、計量ユニット２６９を介して軽質の燃 料成分を気化器８７に連続的に送る。

第１図には、車両の内燃機関等の燃料装置１を示し、この燃料装置は車両の通常 の作動に対応して燃料の供給を変化させることができる。また、この実施例の燃 料装置１は第３図に示す如く分離器２０を利用しており、この分離器はエンジン の排気を利用して燃料を軽質の成分と重質の成分とに分離している。また、この 分離器２０がこの燃料装置１に使用されている場合には、第１図に示すような配 管１つを有する電気的な燃料計向ユニット３１、またはこの代りに第５図に示す ような閤械的な燃料計量ユニット１５３が上記のユニット３１の配管１９のバル ブ２９の代りに使用できる。よって、分離器２０を使用する場合には、この分離 器２０の上流側に電気的な燃料計量ユニット３１または撮械的なアナログ機構１ ５３を設け、配管１９を介して容器３から供給される分離されていない燃料を計 量する。

１１二（１ 以下、第１図に示す燃料装置１を参照して本発明の燃料装置の基本的な作動の態 様を説明する。まず、エンジンが始動されると、その点火回路からの信号によっ て上記の温度制御ユニット２５が作動し、温度検出器５３および５５によって分 離器２０の内部の温度が検出される。そして、温度が低い場合には、このユニッ ト２５は電磁弁１１１を開弁させ、容器３内の燃料を配管１０７を介して霧化ノ ズル９９に送る。

また、第２の電源１０３が上記のノズル９９に設けられている超音波ユニットを 作動させ、この燃料を微細な粒子にして気化器８７のスロート９１に送る。これ によってエンジンが始動し、高温の排気ガスを配管４５および４７を介して上記 の分離器２０に送る。そして、この分離器２０の温度が所定の温度まで上昇した ら、この制御ユニット２５は電磁弁２３を開弁じ、上記の容器３がら配管１つを 介して燃料をこの分離器２０に送る。この燃料から分離された軽質の成分は気化 器８７のベンチュリ部９５に供給され、上記ノズル９つで形成される燃料の粒子 に追加される。また、上記のコンデンサ１１７によって電磁弁１１１が閉弁され 、また上記のＮ源１０３が遮断されて上記のノズル９つの作動が停止する。この 状態でエンジンは配管９７を介して気化器８７に送られる軽質の成分によって定 常的に運転される。

また、運転者の指令が増大し、エンジンのスロットルが開かれた場合には、上記 の電気的な燃料計量ユニット３１は電磁弁２９を開弁じて上記の分離器２０に供 給する燃料の量を増加させ、上記の気化器８７に送る軽質成分の量を増大させる 。また、この制御ユニット３１は気化器８に対して最少限の燃料の供給を維持す るので、このエンジンはいがなる状態でも運転を続けることができる。また、こ の制御ユニット３１は通常は理論的な空燃比より簿い混合気が形成されるように 制御するが、一時的にエンジンの各回転数に対応して出力が最大になるようなａ 　Ｉｆｆな混合気を気が器から供給させることができる。また、この制御ユニッ ト３１はアクセルやスロットルの機構に直接作用される運転者の指令とそのとき のエンジンの回転数との比に対応した信号を出力することができ上記の分離器２ ０は燃料にガソリンを使用する場合には、３２５〜３７５°Ｆの温度範囲で作！ ＩＪ　’￥る。季質の液状の成分はこの分離器２０から配管６３を介して第２の 容器に送られて貯溜される。この第２の容器６１が一杯になった場合には、スイ ッチングユニット７３が作動され、この燃料装置１の主電源８コを遮断し、また 同様にして車両のエンジンの点火系を遮断する。

また、軽質の成分が吸気マニホルド９３内で気化するので、万一ミスファイアが 発生した場合にはその背圧が気化器８７のスロート９１のインパクト部材１２４ に作用する。これによって、閉止板１２１が上方に回動して凸部１２５に当接し 。

このミスフッイヤのガスがベント１１９に逃がされ、また同時にこのマニホルド ９３内に上記の軽質の成分が流通するのを防止する。

また、この装置は内燃は関に使用される合成燃料等に他の種類の燃料にも対応で きる。これらの燃料は爆発性が高く、その輸送、取扱いの際の安全性を高めるた めに燃焼抑制剤が添加される。本発明の燃料装置はこのような燃焼抑制剤を除去 することができ、エンジンに必要な燃焼性の燃料を形成することができる。

以上の如く本発明を実施例を参照して説明したが、本発明はその要旨を逸脱する ことなく、上記の形状、寸法、部品の配置、構成、作動の方法等を変更すること ができるものである。

国際調査報告

Claims (34)

【特許請求の範囲】
1. １．ガソリン等の液体炭化水素燃料を内燃機関に効率的に使用し、また有害な燃 焼生成物を低減する方法であって：ａ）内燃機関内で燃焼することができ、約２ ／３の容積の軽質の燃料成分と約１／３の容積の重質の燃料成分を含有した液体 炭化水素燃料を供給し； ｂ）空気に接触しないように上記の軽質の燃料成分を蒸発させて分離し、この液 体炭化水素燃料の酸化を防止し、また上記の軽質の燃料成分を気化状態に維持し ；Ｃ）上記の軽質の燃料成分のみを気化させて内燃機関に供給し、この混合気は 理論的な空燃料比以上の範囲でエンジンの回転数や運転者の指令に対応して変化 させ；ｄ）上記の炭化水素燃料から上記の重質の燃料成分を分離することを特徴 とする方法。
2. ２．ａ）前記の炭化水素燃料は第１の容器内に貯溜されｂ）分離された前記重質 の燃料成分は第２の容器内に貯溜されることを特徴とする前記請求の範囲第１項 に記載の方法。
3. ３．前記第１の容器内での前記の燃料の貯蔵は大気圧でおこなうことを特徴とす る前記請求の範囲第２項記載の方法。
4. ４．前記炭化水素燃料はガソリンであることを特徴とする前記請求の範囲第１項 記載の方法。
5. ５．前記の分離は前記の炭化水素燃料を加熱することによっておこなうことを特 徴とする前記請求の範囲第１項記載の方法。
6. ６．前記の加熱は３００〜４００℃Ｆの温度範囲でおこなうことを特徴とする前 記請求の範囲第５項記載の方法。
7. ７．前記分離は前記炭化水素燃料に超音波エネルギを与えておこなうものである ことを特徴とする前記請求の範囲第１項記載の方法。
8. ８．前記炭化水素燃料に超音波エネルギを与える前にこの燃料を予熱することを 特徴とする前記請求の範囲第７項記載の方法。
9. ９．エンジンの回転速度および運転者の指令に対応して気化器に送る前記の軽質 の燃料成分の流量を調整することを特徴とする前記請求の範囲第１項記載の方法 。
10. １０．炭化水素燃料から分離した軽質の燃料成分を内燃機関内で空気と混合する 前に空気と混合することを特徴とする前記請求の範囲第１項記載の方法。
11. １１．容積比で２／３の軽質の燃料成分と１／３の重質の燃料成分とを含むガソ リン等の液体炭化水素燃料を内燃機関に使用する燃料装置であって： ａ）前記の炭化水素燃料を貯溜する第１の容器と；ｂ）液相で酸化するのを防止 するため空気に接触しない状態で上記の軽質の燃料成分を気化して分離し、この 軽質の燃料成分を気体の状態に維持する分離手段と；ｃ）前記重質の燃料成分を 貯溜する第２の容器と；ｄ）上記の軽質の燃料成分と空気との混合気をエンジン に供給する気化器と； ｅ）理論的な空燃比より高い範囲でエンジンの回転数および運転者の指令に対応 して空燃比を変化させるように上記の気化器に供給する軽質の燃料成分の流量を 制御する手段とを備えたことを特徴とする燃料装置。
12. １２．前記分離器は炭化水素燃料を加熱する手段を備えていることを特徴とする 前記請求の範囲第１１項記載の燃料装置。
13. １３．ａ）前記第１の容器からの炭化水素燃料を受けるケーシングと； ｂ）上記のケーシングを囲みこれらの間に環状の空間部を形成するジャケットと ； Ｃ）上記の環状の空間を介して加熱流体を循環させる手段とを備えた前記請求の 範囲第１２項記載の燃料装置。
14. １４．前記加熱流体は前記エンジンから排出される燃焼ガスであることを特徴と する前記請求の範囲第１３項記載の燃料装置。
15. １５．ａ）前記環状の空間部内に加熱流体を導入する入口配管と； ｂ）上記の環状の空間部内に導入された加熱流体を排出する出口配管と； Ｃ）上記入口配管および出口配管内を流通する加熱流体を制御するバルブと； ｄ）前記内側のケーシングの温度を検出する手段と； ｅ）前記温度を検出する手段からの信号を受け、前記のケーシングの温度が所定 の温度に達した場合に上記のバルブを作動させる温度制御手段とを具備した前記 請求の範囲第１３項の燃料装置。
16. １６．前記分離器には前記炭化水素燃料に超音波エネルギを与える手段が備えら れている前記請求の範囲第１１項記載の燃料装置。
17. １７．前記炭化水素燃料を予熱する手段が設けられている前記請求の範囲第１６ 項記載の燃料装置。
18. １８．ａ）炭化水素燃料を受ける第１の流体駆動モータと； ｂ）上記の第１のモータに設けられた第１の超音波エネルギ発生トランスジュー サと； ｃ）前記炭化水素燃料を受ける第２の流体駆動モータと； ｄ）上記の第２の流体駆動モータに設けられた第２の超音波エネルギ発生トラン スジューサと；ｅ）前記第１および第２のモータに流体圧を供給し、これらのモ ータを直列に作動させ、軽質の燃料成分を連続して供給する手段とを備えた前記 請求の範囲第１６項記載の燃料装置。
19. １９．ａ）前記各モータはシリンダとこのシリンダ内に収容され上方の位置と下 方の位置との間を往復移動するピストンとを備え； ｂ）前記の流体圧供給手段は： ｉ．前記のピストンを下方に移動させる正の流体圧を供給する手段と、 ｉｉ．前記ピストンを上方に移動させる負の圧力を供給する手段と、 を具備した前記請求の範囲第１８項記載の燃料装置。
20. ２０．前記直列に作動される第１および第２のモータによって発生された軽質の 燃料成分の流れを制御する手段を備えた前記請求の範囲第１９項記載の燃料装置 。
21. ２１．ａ）前記のピストンにはこのピストンが上方の位置と下方の位置の間を移 動する際に上記のシリンダから突没するピストンロッドが取付けられており；ｂ ）前記経質の燃料成分の流れを制御する手段は：ｉ．前記第１のモータのピスト ンロツドによって制御されるスイッチで制御される第１の組のバルブと、ｌｉ． 前記第２のモータのピストンロッドによって制御されるスイッチで作動される第 ２の組のバルブと、から構成されている前記請求の範囲第２０項記載の燃料装置 。
22. ２２．前記の調整手段は： ａ）縦方向の空洞部を有する細長状のケーシングと； ｂ）上記の空洞部内に回転自在に収容され環状の室を形成する円筒状のバルブ部 材を備え、このバルブ部材にはその壁部にたがいに離間して第１および第２のス ロットが形成され、これらスロットによってこのバルブ部材内と上記の環状の室 内とが連通され； ｃ）上記のバルブ部材には上記のスロットによる上記バルブ部材と環状の室との 連通の度合いを変化させる回転自在なプラグが設けられている前記請求の範囲第 １１項記載の燃料装置。
23. ２３．ａ）エンジンの回転速度に直接対応して上記のバルブ部材を回動させる手 段と； ｂ）運転者の指令に対応して上記のプラグを回動させる手段とを備えた前記請求 の範囲第２２項記載の燃料装置。
24. ２４．ａ）流体を上記のバルブ部材内に導入する入口と；ｂ）上記環状の室から 流体を排出する出口とをそななえた前記請求の範囲第２３項記載の燃料装置。
25. ２５．ａ）前記第１および第２のスロットは前記バルブ部材の壁部の周囲の１８ ０℃の範囲にわたって形成され；ｂ）前記環状の室は略対称の断面形状を有し； ｃ）上記の第１および第２のスロットによる上記のバルブ部材内と環状の室との 連通の度合いは上記のバルブ部材が上記の空洞部内で回動ずることによって同時 に変化する前記請求の範囲第２２項記載の燃料装置。
26. ２６．ａ）前記気化器への軽質の燃料成分の流量を調整する可変容量形の電磁弁 と； ｂ）エンジンの回転速度に対応して第１の電気信号を出力する手段と； ｃ）運転者の指令に対応した第２の電気信号を出力する手段と； ｄ）前記電磁弁を作動させる第１の電気出力を供給する第１の回路と； ｅ）前記第１および第２の電気信号の差を増幅する第１の手段と； ｆ）上記の増幅された差の信号に対応して第２の電気出力を供給する第２の回路 と： ｇ）前記第１および第２の電気出力を合計して増幅し第３の電気出力を形成し、 これに対応して前記電磁弁を作動させる第２の手段とを備えた前記請求の範囲第 １１項記載の燃料装置。
27. ２７．前記第１の電気信号を出力する手段はタコメータである前記請求の範囲第 ２６項記載の燃料装置。
28. ２８．前記第２の電気信号を出力する手段はポテンショメータである前記請求の 範囲第２６項記載の燃料装置。
29. ２９．前記気化器は： ａ）スロート部と： ｂ）上記のスロート内に設けられ、燃料の混合気の燃焼による背圧に対応して上 記のスロート内の通路を閉塞するバルブとを備えた前記請求の範囲第１１項記載 の燃料装置。
30. ３０．前記バルブは： ａ）枢着された板と； ｂ）前記スロートにいに突設され、上記の板の回動を制限する凸部と； Ｃ）流体の背圧によって上記板を回動させるとともに、エンジンの作動中に燃料 の混合気を急激に撹拌してこの混合気を混合ずる手段とを備えた前記請求の範囲 第２９項記載の燃料装置。
31. ３１．前記スロートにはその通路がバルブによって閉塞された場合には流体の背 圧を逃がす手段が設けられている前記請求の範囲第２９項記載の燃料装置。
32. ３２．前記気か器にはエンジンの始動用の噴射手段が設けられている前記請求の 範囲第１１項記載の燃料装置。
33. ３３．前記噴射手段は： ａ）前記第１の容器内の炭化水素燃料を受け、この燃料をエンジン内に噴霧する ノズルと：ｂ）上記燃料を霧化するために上記のノズルに超音波エネルギを与え る手段と； Ｃ）上記のノズルヘの燃料の流量を制御する手段とを備えた前記請求の範囲第３ ２項記載の燃料装置。
34. ３４．前記分離器には炭化水素燃料から分離した軽質の燃料成分を空気と混合す る手段が設けられている前記請求の範囲第１１項記載の燃料装置。