JPS6252307A - 燃料混合気の発生方法及び気化器 - 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】 発明の経緯 発明の分野 本発明は燃料混合気を発生する方法及び装置に関するも
ので、更に詳細に沫内燃機関又はバーナー用に最適の燃
料混合気内に水、燃料及び／又は酸化剤のミクロエーロ
ゾル粒子を発生させる方法及び装置に関するものである
。

内燃機関又はバーナー内での液体燃料の燃焼過程は燃料
混合気の組成及び噴霧の度合にょル決定される。燃料と
空気の比率が最適に選択される場合でも、大気汚染と同
様ニンジンの不完全燃焼及びそれに続く性能低下といっ
た問題が依然存在する。

燃料と空気の混合気に関連した成る最適の条件に加えて
燃料混合気内の水の成分に関しても所望の最適条件が存
在する。燃料混合気内の水分は燃焼過程を改め、また燃
料の燃焼を最大にして大気汚染を最低にするよう燃料混
合気内の最適水分量を得るのには充分な理由がある。

先行技術 混合気内への水の導入を含めた最適の空気と燃料の混合
気を達成し、混合気をエンジンのシリンダー内に導入す
る前に混合気を完全に噴霧化するか又は蒸気化させる各
種の試みが先行技術において行われていた。

例えば、米国特許第３，９１１，８７１号にはエンジン
の吸気系統に水を加えるシステムが説明してあシ、この
システムでは水を噴霧化する超音波噴霧器５２に水を通
過させる真空制御インジェクターを示している。米国特
許第４，１８３，３３８号ではエンジン内への燃料の流
入制御を達成するためＰＣｖ入口において排気ガスと真
空の状態を使用している。排気ガスの圧力とＰＣｖ真空
と共に制御装置として渦室が使用されている。米国特許
ｉｋ、３２４，２０９号には均質化された燃料と水の混
合気を得て次にその混合気をエンジン内に加える前に混
合気を蒸気化させる装置について説明がしである。

水を内燃機関に供給する他の試みについては、米国特許
第２，２１８，５２２号、同第２，３５２，２６７号、
同第３．３２５，９７６号、同第３，６０８，５２９号
、同第３．９８０，０５５号、同第４，００５，６８３
号、同第４．０１８ｊ１９２号、同第４，０３０，４５
７号、同第４．４４２，８０２号、同第４，４４８，１
５３号、同第４．４４８，１７０号及び同第４，４６３
，７０８号に説明がしである。然し乍ら、単に水を加え
てもエンジンの効率は著しく高まらない。従って、蒸気
又は液体の状態で水を導入することが未燃焼生成物によ
る大気汚染を囲域化させて結果的に燃焼過程の温度を下
げることになるが、最適の燃料混合気を準備するという
問題が依然残っている。

米国特許第４，０４８，９６３号に述べられた装置は完
全に満足出来る結果を与えていない。超音波振動はエマ
ルゾョンを発生するが、エマルジョンはゆつくシと燃焼
し、エンジンの効率を著しく高めることがない。燃料と
水の混合気のエマルジョン粒子の不均質性はその適用上
の欠陥を意味している。

従って、先行技術は水の噴射及び／又はエンノンのサイ
クルに関する噴射の制御を行なう多数の方法と装置につ
いて説明している。然し乍ら、全ての場合、燃料と水は
分離した粒子であ）、その結果生ずる燃料の混合気は不
均質である。

本発明の主たる目的は燃料粒子の高い総表面積と併せて
燃料粒子の著しく高い分散度合を有する燃料混合気を提
供することにある。

本発明の主たる目的は燃料粒子の高い総表面積と併せて
燃料粒子の著しく高い分散度合を有する燃料混合気を提
供することにある。

本発明の他の目的は燃料とキャリアの粒子の均−且つ均
質な混合気が得られ、キャリアが水、酸化剤又は他の化
合物を含むような燃料混合気を提供することにある。

本発明の他の目的はキャリア物質、水又は酸化剤及びそ
れに続く燃料の直列に接続されたミクロエーロゾル発生
器を使用することにょシ内燃機関又はバーナー用の燃料
混合気を提供することにある０ これらの目的と他の利点は燃料に対°するキャリア、高
程度の噴霧化及び混合気の均質性が燃料の燃焼過程を改
善すると共に内燃機関又はバーナーの出力を最大にする
ような本明細書で説明した如き気化器と方法により達成
される。

エーロゾル発生技術を適用することにより理想的な混合
気に近付くことが出来る。ミクロエーロゾル粒子の寿命
は燃料混合気を燃焼時点迄エンノンのシリンダー内に導
入するのに要求される経過時間を相肖越えることから、
ミクロエーロゾル混合気は均質状態にとどまる。微細に
噴霧化された燃料と空気の混合気は高い均質性、高い総
表面積。

圓い燃焼温度、低いノンキング傾向、高い容積効率及び
混合気の均一な分配といった望ましい全ての特性を呈し
、その結果、エンジンの性能が高くなる。前述した方法
により得られる燃料と酸化剤の均一な分配の結果、燃焼
混合気は粒子の高程度の均質性と粒子のキャリアコアに
対する燃料皮膜の最適比率が特徴となっている。これは
燃料混合気の燃焼動力に対し最適の状態を意味している
。

本発明のミクロエーロゾル気化器は約Ｉ　Ｘ　１０−×
１０−６ｍないし約５　Ｘ　１０−８ｍの範囲にある小
さい寸法の粒子を発生する。その他、沈降速度係数は１
以下である。（溶液のａｔあた多数１０憶の粒子を越え
る）高い数及び高い総表面積は従来の噴霧化と比較して
燃料混合気の本明細書中で説明した気化モードで作動す
るエンジンの効率を著しく高めるこ燃料とミクロエーロ
ゾル粒子を発生し、燃料がキャリア物質のコア上に層又
は膜を形成する直列に接続されたミクロエーロゾル発生
器を含む。本発明の直列に接続された発生器は例えば以
後詳細に説明する如く圧力作動型にし且つ任意の適当な
型式にすることが出来る。

本発明の利点については以下の説明と前掲の特許請求の
範囲において明らかである。本明細書の一部を成し、同
様の参照文字により多数の図面全体を通じて同様の部品
を表わしている添附図面を参照する。

好適実施態様の説明 更に詳細に図面を参照すると、本発明による気化器の好
適実施態様は第１図において全体的に１０で示され、キ
ャリア（水）及び燃料のミクロエーロゾルを発生する第
１及び第２の直列に接続されたミクロエーロゾル発生器
°Ｇ□及びＧ２を含む。

気化器の構成材料とその寸法は気化器が適用される使用
上の特定の要件に依存している。選択さ　　、ぃコンプ
レッサー等といった適当な駆動源から得られる正の圧力
により作動する。作動にあたシ。

加圧状態下の空気がノズル又はジェット１１を通じてベ
ンチュリー１２内に導入され、水をハクソング１３内に
定められた溜めから上方へ吸い上げる０ 水が図示していない適当な供給源から入口１４を通じて
溜め内に供給される。ベンチュリーの作用によって水の
ミクロエーロゾル粒子が発生され次に分散され、ベンチ
ュリー拳ハウノングの有孔上方円筒部１５０作用を受け
る。これらの水の粒子は有孔ハウソングに対し数回に亘
シ衝突し、孔１６を通過した時点で円筒状逸せ板１７に
衝突し。

更に粒子を細かくする。大きい粒子は溜め内に落下し、
再びベンチュリーを通る空気の流れによって発生する作
用によってベンチュリー内に再度吸い込まれる。小さい
ミクロエーロゾル粒子は第２ミクロエーロゾル発生器の
一部分を含む第２ノズル又はシェツト１８内に向けて上
方に流れる。

水のミクロエーロゾル粒子はジェットたるノズル１８を
出た後、第１のベンチュリー１９を通って流れ、液体燃
料をハウジング１３内に定められた燃料溜め２０からベ
ンチュリー内に引入れる。

液体燃料は図示しないが適当な供給源から入口２２を通
じて溜めに供給される。ベンチュリー内に発生した圧力
差によって燃料は水の粒子上に被膜又は層を形成するミ
クロエーロゾル粒子に細分化される。その結果生ずる水
と燃料の混合気は均質であり、均一に分散され、極めて
微細に噴霧化される。その結果生じたミクロエーロゾル
混合気は次に円筒ハクソング２４内の孔２３を通過し、
ハウジングの壁に数回に亘シ衝突し、その結果水と燃料
の粒子が更に細分化される。孔を通過した時点で粒子は
円筒壁２５に衝突する。滴と大きい粒子はベンチュリー
を通じて再循環するよう溜め内に落下して戻る。空気中
の小さい水と燃料のミクロエーロゾル粒子は出口２６を
通って上方に流れ。

当該出口から混合気はバーナー又は内燃機関の燃焼室に
向けられる。

ノズル１１，１８及び出口２６における圧力差によって
燃料と水はベンチュリー内に引込まれ小さい粒子に細分
化される。発生器の直列接続により水の粒子上に燃料の
、被膜が形成されることになる。

燃料又は各種化合物を加えるため水・の溜めたるハウジ
ング１３内に付加的な入口２７が備えられ燃料ト水のエ
マルゾョン又は他の物質をミクロエーロゾル発生器Ｇ２
　　に加えるた控燃料溜め２０に入０２８が設けである
。

水と燃料の空気中のミクロエーロゾルの個々の組成と同
様、水と燃料の間の比率は発生器室の寸法と空気ジェッ
ト即ちノズル１１と出口２６部分に生じた吐き出し圧力
によって供給される液体の量により決定される。これら
の値はバーナー又はエンジンの所定の構造上の要件によ
り決定される。

混合気の空気に対する燃料の濃度割合は又個々の弁を通
じて前記ミクロエーロゾル発生器に接続された空気Ｃ０
容器と混合気Ｃ２容器を使用することによ）調整可能で
ある。

各種空気湿度の状態における燃料混合気の内部における
水の最適レベルは第２図に示された如き任意型式の、湿
度検知装置によ多制御される。第１図に２９の個所で示
された制御システムは電気的発振器Ｇを含み、当該発振
器は最も簡単な場合においてはＡＣ発振を供給するエン
ジンの交流発電機又は電源線にすることが出来る。発振
器からの信号は次にサーミスターＴを有する湿気変換器
Ｃを含むブリツノＢにいたる。ブリツノから信号は差動
増幅器りに進められ、パワー・トランジスターＰにいた
シ、当該トランソスターから生ずる信号はコイルＭを通
じてニードル弁Ｎを作動し、適当な供給源からミクロエ
ーロゾル発生器の個々の水入口１４又は３８にいたる水
の流れを制御する。

容量変換器の誘電定数は空気の実際の湿度に従って変化
を受け、各々ブリッジ内の発振振幅を変える。電圧差は
差動増幅器りにより増幅され、最終的には２個のブツシ
ュ・プル型ノ臂ワー働トランジスターＰによ）増幅され
る。管内のニードル弁Ｎの位置はコイルＭの間の電磁場
により決定される０ エンシン又はバーナーの特定の構造上の要件と作動上の
条件が制御装置２９の精度を決定する。

前述した気化器の作動のハイブリッド能動受動モードが
可能である。本発明の気化器は同期的に且つエンシンに
応じて作動するか又はターボ・チャーツヤ−付きエンシ
ンの場合と同様、別体のコンプレツサーにより駆動可能
である。

反応型エンシンの場合、本明細書で説明したミクロエー
ロゾル発生器は使用される発生器の型式とは無関係に直
列に組合わされている水、燃料及び個々の酸化剤と共に
作動する。然し乍ら、説明した圧力駆動型発生器が最も
簡単である。複数個の直列に接続された燃料、水及び酸
化剤のミクロエーロゾル発生器は必要とあれば特にジェ
ット型内燃機関に対し並列に配列可能である。

本発明に従って調整された燃料混合気は（１ｍの端数に
対し）極めて高程度の分散、粒子の極めて高い総表面積
、キャリア燃料粒子の均−且つ均質な混合物を有し、静
電荷を有する粒子の低い沈降速度係数により混合物は混
合物の構成粒子同志の癒着を伴なわずに完全に蒸発可能
とされ又は圧縮を受けることが出来、引続きバーナー又
はエンジン内に導入可能である。調整された混合気は燃
焼室に噴射可能である。

従来の分散される燃料滴と比較して、前述の方法による
燃料の液体相の高い総表面積とミクロエーロゾル粒子の
高い均質度は結果的にエンジンの効率を著しく高める。

ニンジンのパワー増加はミクロエーロゾル燃料混合気の
燃焼中における発生した圧力変化（ｄｐ／ｄｔ、ここで
ｐは圧力、ｔは時間）の相当の増加と混合気の燃焼の第
１相の加速が原因である。

鉛含有燃料と鉛非含膚燃料の両方から本発明に従って発
生されるミクロエーロゾル水燃料混合気の燃焼に関する
動力試験で諸種の利点が燃料の両方の形式に対し見られ
ることが判明した。本発明の気化器により達成されるこ
れらの利点には炭化水素、−酸化炭素、酸化窒素等とい
った燃焼汚染物を著しく低減化させることが含まれる。

混合器内に水が存在することにより生ずる一酸化炭素の
　′二酸化炭素への変換は結果的に相当量の燃焼可能な
水素を発生することになる。

ＣＯ＋Ｈ２Ｏ＝ＣＯ２＋Ｈ２ 前述した形式の気化器の他の諸利点には次の通シのミク
ロエーロゾル混合気の燃焼温度の低下。

潤滑油の燃焼の低減及び（ガソリンより水の方が高い溶
解度を有する非爆こう物質による）制爆性に関する特徴
が含まれている。

前述した気化作用で最適のガソリン／空気比を保存した
状態で燃料混合気（第３ｂ図）内の水の最適含有が可能
であり、エンシンの作動状態とは無関係である。この結
果、特に混合気の高いガン、リン内容量を使用すること
で相当の出力増加が図れる。本発明は現在の気化器の補
助的な素子の一部を省略出来る。本発明の気化器は気化
器に供給される燃料混合気の量と濃度によってのみエン
ジンの出力を制御する。

水、燃料及び酸化剤のミクロエーロゾル粒子の直列に接
続された発生器によってもたらされる気化の前述した過
程の特徴は高い標高又は砂漠の状態又は冷たい天候とい
った大気空気の湿気外が極めて低い個所において特に価
値がある。

空気の相対湿度が極めて高い場合は本発明の気化器に水
を加える必要はない。これは燃料の噴霧化に起因する本
発明の他の利点を阻害しないものである。この場合、第
２段階の発生器のみが作動され又はこうした場合単に発
生器が１個のみ備えられる。

前述した方法と気化器によれば、二重の燃料混合気を発
生することも出来る。例えば、蒸発性の高い燃料を第１
段階の発生器に導入可能で、その場合燃料はキャリアミ
クロ粒子に変換され、引続き他の形式の燃料により第２
段階の発生器内で被覆される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による気化器の好適実施態様の模式的横
断面図。 第２図は燃料混合気内に最適の水の成分を維持する電子
制御装置め模式的回路図。 第３ａ図及び第３ｂ図は燃焼動力を表わすグラフであり
、第３ａ図は第３ａ図の下側の曲線により表わした従来
の燃料分散に比較して第Ｂ　ａ図の上側の線によって表
わした本発明の気化器にょシ発生した燃料混合気の燃焼
動力を示し、第３ｂ図は該燃料混合気中の水分の濃度を
増加させた燃焼動力を示すものである。 主要部分の符号の説明 １０・・・気化器、１１・・・ノズル、１２・・・ベン
チュリー、　　　１３・・・ハウジンク。 １４・・・入口、　　　　　　　工５・・・有孔上方円
筒部。 １６・・・孔、１７・・・円筒状逸せ板。 １８・・・ノズル、　　　　　　　１９・・・ベンチュ
リー。 ２０・・・燃料溜め、　　　　２１・・・ハウシング。 ２２・・・入口、　　　　　　　２３・・・孔。 ２４・・・円筒ハウソング、２５・・・円筒壁、２６・
・・出口、　　　　　　　　２７・・・入口、２８・・
・入口、２９・・・制御システム、３８・・・水入口、
　　　　　Ｃ・・・湿気変換器、Ｃ１・・・空気容器、
　　　　Ｃ２・・・混合気容器。 Ｄ・・・差動増幅器、　　　Ｇ・・・電気的発振器、Ｇ
１・・・ミクロエーロゾル発生器、　Ｇ２・・・ミクロ
エーロゾル発生器Ｍ　・・・コイル、　　　　　　　　
Ｎ　・・・ニードル弁、Ｐ　　・・・パワー・トランジ
スター、　　　Ｔ　・・・サー　ミスタ　−。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）約１×１０＾−＾６ｍないし約５×１０＾−＾８ｍ
   の範囲にある粒子寸法を有するミクロエーロゾル粒子を
   発生する第１段階ミクロエーロゾル発生器内でキャリア
   物質を噴霧化する段階と、 燃料を第２段階ミクロエーロゾル発生器内で噴霧化し噴
   霧化されたキャリア物質全てを前記第２段階ミクロエー
   ロゾル発生器を通じて流し前記噴霧化された燃料を捕獲
   する段階と、 キャリア粒子と燃料が第２段階のミクロエーロゾル発生
   器を通過する時キャリア物質の粒子を燃料膜で覆い、か
   くして燃料膜がキャリア物質の粒子上にある状態で当該
   粒子から成る均質な混合気を発生する段階から成る燃料
   混合気の発生方法。 ２）キャリア物質が水、酸化剤、又は液体若しくは気体
   相又は固体粒子の分散状態内の他の化合物であるように
   した特許請求の範囲第１）項に記載の燃料混合気の発生
   方法。 ３）各々所定の範囲より大きい寸法を有する粒子の流出
   を防止するラビリンス通路装置を含む第１及び第２段階
   の直列に接続されたミクロエーロゾル発生器を有するハ
   ウジングから成るミクロエーロゾル燃料混合気を発生す
   る気化器。 ４）前記発生器が１個の燃料ミクロエーロゾル発生器、
   又は燃料ミクロエーロゾル発生器を２個直列に接続した
   ミクロエーロゾル発生器又はキャリア物質と燃料の直列
   に接続された発生器の平行配列であり、前記両発生器が
   カスケード型、超音波型、ジエツト型、ターボ型及び他
   の型の中から選ばれたミクロエーロゾル発生器である特
   許請求の範囲第３）項に記載のミクロエーロゾル燃料混
   合気を発生する気化器。 ５）キャリア物質と燃料物質の前記発生器が正の圧力の
   下に作動し、 第１段階発生器の空気入口ノズルとベンチユリーが別体
   のコンプレツサーにより供給される正の圧力状態下にあ
   り、その出口が引続き第２段階の発生器の個々のノズル
   とベンチユリーに引続き接続され又は負の圧力で接続さ
   れ、 第２段階の発生器の出口が燃焼室又はシリンダー内で発
   生する負の圧力源と接続され、当該発生器のノズルとベ
   ンチユリーが個々の第１段階の発生器の出口と接続され
   又は超音波ジエツト又はターボ発生器により接続され、 第１段階の発生器の出口が第２段階の発生器の入口に接
   続している特許請求の範囲第３項に記載のミクロエーロ
   ゾル燃料混合気を発生する気化器。 ６）エンジンの作動中に燃料混合気を発生するか、又は
   調整された混合気用の付加的な容器を有する別体コンプ
   レツサーにより独立に駆動するか、又は該エンジンとコ
   ンプレツサーの両方により駆動される特許請求の範囲第
   ３）項に記載のミクロエーロゾル燃料混合気を発生する
   気化器。 ７）発生する燃料混合気の発生する組成が第１段階及び
   第２段階の発生器の寸法と運転容量により決定される特
   許請求の範囲第３）項に記載のミクロエーロゾル燃料混
   合気を発生する気化器。 ８）大気の湿度に応じて供給される水の量を制御するよ
   う制御装置が水供給装置と接続されている特許請求の範
   囲第３）項に記載のミクロエーロゾル燃料混合気を発生
   する気化器。 ９）発生した燃料混合気が次にエンジンの作動中、直ち
   に燃焼室に送られ又は周期的又は連続的に燃焼室に噴射
   されるようにした特許請求の範囲第３）項に記載のミク
   ロエーロゾル燃料混合気を発生する気化器。 １０）前記発生器並びに、空気と発生する燃料混合気又
   は付加的な物質の為の容器及び導管を有する平行装置か
   ら成る特許請求の範囲第３）項に記載のミクロエーロゾ
   ル燃料混合気を発生する気化器。