JP2010540821A - 内燃機関の為の供給装置 - Google Patents

Abstract

この発明は内燃機関、特に、機関におけるより良い燃焼により燃料消費を効率化し、汚染排気ガスを減少させ、そして機関の出力を向上させる為に機関の燃料供給を改善する為の装置及び方法に関係している。この発明は、液体燃料ガス化の原理及び最適な空気−燃料混合気の生成を基にしている。
【選択図】 図１

Description

この発明は内燃機関に関係しており、特に、機関内でのより良い燃焼による燃料消費を効率化し、有害な排気ガスを減少させ、そして機関の効率を向上させるよう機関への燃料供給を改善する為の装置及び方法に関係している。

内燃機関における燃料の燃焼をどのようにして改善するという問題は、現在では全ての社会の関心事である。その理由は、燃焼における如何なる改善も内燃機関の効率を向上させるとともに消費を減らし、直接的な経費における減少という結果になるからである。同時に、排気ガス及びこれらのガス中に存在する汚染物質が減少され、これは環境に対する大きな利点である。

LPG（Liquefied Petroleum Gas:液化燃料ガス）機関 は、LPGがより良い燃焼を与える清浄な燃料として知られていて、比較的清浄な排気ガスを産出することが知られている。LPGの価格はまた、他の燃料の価格よりも通常は安く、このことがこの燃料の種類のもう１つの利点である。しかしながら、LPGは、ガソリン或いはディーゼルの如き他の燃料のエネルギー価値（energy value）よりもそのエネルギー価値（energy value）が低いという欠点を有している。LPG分配出力の数値（the number of LPG distribution outlets）もまたガソリン或いはディーゼルの為の分配出力の数値よりも小さい。

過去においては、LPG の或る利点をガソリン或いはディーゼルの如き従来の燃料の利点と組み合わせる燃料を作り出す試みは既になされている。これらの試みの幾つかは、燃料を機関に送る前に燃料を幾分かガス化することを求めている。米国特許US 6,155,239（F. D. Dykstra）は、内燃機関の為の供給システムを開示していて、ここにおいては燃料タンクが燃料／空気混合気を作り出すことにも使用されている。この混合気は、燃料タンクの底において泡皿（bubble pan）を使用することにより得られていて、これを介して外部空気がその中に引かれている。燃料タンクを機関に連結している管中に置かれている検知器が、空気／燃料比を測定する。測定された値を基にして、コンピュータが燃料タンク出口に排出される燃料／空気混合気に対し追加された追加の空気の量を制御する。もしも空気／燃料比が濃すぎたら、外部空気が混合気に追加され；もしもその比が薄すぎたら、液体燃料が混合気に注入される。

米国特許US 3,800,768（J. C. Rhodes et al.）は、機関の始動及び暖気中の排気ガス中における或る有害物質の量を減少させる為のシステムを記載している。これらの期間中には、機関の気化器が迂回され、そして機関には空気と或る低沸点ガソリン成分（low-boiling gasoline components）との混合気が供給される。この混合気は、タンクの内側のガソリン中を外部空気が通過することにより創出されている。機関が通常の運転状態に達した後には、機関には気化器により燃料が供給される。

フランス特許FR 2,167,082（Haas-Volkman）は、有害ガスを減少させるような方法で燃料／空気混合気の均一を向上させる為のシステムを記載している。そのシステムにおいては、空気／燃料混合気が気化器により作られた混合気に付加されている。

英国特許出願GB 2,042,076（da Costa）は、内燃機関を非常に薄い混合気で運転させることが出来るシステムを開示している。この出願においては、この混合気は外部空気の幾分かを燃料を通過させることにより作りだされることができる。この燃料は機関冷却回路からの取り出し（takeoff）により加熱される。全てのこれらのシステムは欠点及び弱点を有している。

この発明の目的は、液体燃料がガス化され、機関を最適な効率で排気ガス中における有害物質を可能な限り少なくして運転させることができる、内燃機関の為の供給装置を提供することである。

この発明の第１実施形態においては、この目的は、燃料を伴った容器と、燃料中に浸された空気拡散器が取り付けられている入口管と、そして、燃料の温度を最適な値に維持する為の手段を備えている、燃料を加熱する為の回路と、を備えていて、燃料がガス化される、内燃機関の為の供給装置により達成される。

この発明の第１変形例においては、空気拡散器がその側面に複数の孔を有している。

この発明のもう１つの変形例においては、燃料加熱回路が機関冷却水を使用する。

この発明のさらにもう１つの変形例においては、燃料の温度を最適な値に維持する為の手段が、燃料加熱回路中に搭載されているサーモスタットからなる。

この発明のさらにもう１つの変形例においては、燃料加熱システムが加熱抵抗器を備えている。

この発明のさらにもう１つの変形例においては、容器中の燃料の温度が維持される最適な値は、平均して、２２℃プラス又はマイナス数度である。

この発明のさらにもう１つの変形例においては、空気／燃料混合気を「乾燥させる」為の手段を備えている。

この発明のさらにもう１つの変形例においては、内燃機関の為の供給装置は空気拡散器の上方に配置された安定手段を備えている。この安定手段は、ステンレス−鋼の複数の片の層からなることが出来る。

この発明の第２実施形態においては、この発明の目的はまた、燃料を伴った容器と、容器中に真空を作り出すとともに容器中に開放された燃料ガスを引き込みこれらのガスを空気／燃料混合気に向かい推進させる真空ポンプを備えていて、燃料がガス化される、内燃機関の為の供給装置により達成される。

この発明の第３実施形態においては、この発明の目的はまた、内燃機関上に設置するとともに前述した特徴の１つ又はそれ以上を備えている内燃機関の為の供給装置を備えている設備（Kit）により達成される。

この発明はまた、前述した特徴の１つ又はそれ以上の組み合わせを備えた内燃機関の為の供給装置に及んでいる。

図１は、液体燃料をガス化し、そして、改良された空気／燃料混合気を作り出す為の装置を示している。 図２は、図１中に示されている装置を機関の吸気管に連結する為の中間手段を示している。 図３は、図１中に示されている装置の変形例を示している。 図４は、液体燃料をガス化する為の装置のもう１つの変形例を概略的に示している。

この発明は、液体燃料のガス化の原理及び最適な空気／燃料混合気の生成を基にしている。

図中において、同じ部分には同じ参照数字が与えられる。

図１は、この発明に従っているこの原理を実行するための装置を示している。この装置は、液体燃料４を収容している容器１を備えている。容器１に連結されている一定水準装置５が、容器１中の燃料の水準を或る値に維持している。一定水準装置５は、動作と関連付けられている真空の効果を相殺するよう上方から容器１に連結されている。空気吸入管２が、容器１中に下降している。一端において、この管は外部から空気を取り入れ、そして他端において空気拡散器（air diffuser）７に連結されている。空気拡散器７はその側面に複数の孔が空けられていて、空気拡散器７の底は閉じられている。そこには、十分な量の空気を逃がすことを許容する十分な孔がなければならない。空気拡散器７は、それが常に液体燃料に中に浸っているよう設置されている。好適な実施形態においては、外部空気は、空気吸入管２中に送られる前に排気システム１２により予め加熱される。空気供給部においては、サーモスタット１１により制御された弁が、要求に応じて、熱い空気又は冷たい空気を装置に供給することが出来る。

その中をお湯が流れることが出来る機関冷却システム（例えば、コイル８，９）からの取り出し（takeoff）は、燃料を加熱することを可能にしている。サーモスタット８は、冷却水の温度とは独立して、燃料の温度を最適な値に維持するよう使用されている。

離れた温度計（密封され浸されているプローブ（probe）１３を伴った温度計１０）が、燃料温度を測定するために使用されており；この温度は、作業パネル（service panel）上、又はダッシュボード（dashboard）上に表示されることが出来る。

加熱抵抗器３が冷たい始動時の液体燃料４を所定の温度にまで加熱することを可能にしている。この抵抗器による加熱時に燃料の一定温度を確実にする為に調整の手段をまた設けることが出来る。

空気／燃料混合気は、出口管６を介して容器１を離れる。

この出口管６を機関の吸気管１９に連結する為の中間手段が、図２中に図示されている。この中間手段は、例えばホースによって出口管６に連結されている供給吸気管１６を備えている。中間手段はまた、真空吸気蝶弁２０、及び車両の始動モータにケーブルにより連結されている開始弁１７を備えている。

中間手段はまた、自己発火の事態において爆発から装置を護るために吸入パイプの入口に機械的な逆止弁１５を備えている。この場合、入口に反対に配置されている機械的な弁１８は自己発火により生じる圧力を逃がすことを許容する。

図１及び図２中に示されている装置の動作は、以下のようである。機関のシリンダー、又は複数のシリンダーの一つが、吸気行程にある時、真空がパイプ６を介して容器１中に生じる。この真空により、燃料の幾分かが蒸発し、そしてその結果としての気体が空気拡散器７を介して到着した外部空気により引き入れられる。最適な空気／ガス化された燃料混合気が、問題のシリンダー中に引き込まれ、そこにおいて混合気は、機関がどのように動作するかに従い、外部着火手段（点火プラグ）により又は自己着火により、着火される。

容器の内側の燃料の蒸発はエネルギー（カロリー（calories））を要求し、そして、蒸発過程が断熱過程であるので、燃料は冷却される。この為に、燃料を加熱する為の手段を設けることは重要である。

空気／燃料混合気の最適な燃焼の為には、空気／燃料容積の理論比率（stoichiometric proportion）が必要である。ガソリン機関の場合には、混合気の最適な燃焼は燃料が２２℃プラス又はマイナス数度の平均温度を有している時に得られることが実際にわかっている。この理由の故に、燃料温度制御回路が、サーモスタット８とともに設けられている。２２℃の値は実験値であり、そして、燃料の温度の為の最適な値は、容器中の真空，使用された燃料の種類，容器の形状（geometry）等の如きいくつかの要素により影響されることを強調しておかなければならない。

混合気の良好な燃焼を達成する為のもう１つの状況は、シリンダーにより引き込まれる、空気／燃料混合気における液体形態の燃料の粒子の割合が出来る限り低くなければならず、そして混合気中に存在している燃料が実際には完全にガス形態でなければならないという事実を伴って行なわなければならない。

この結果は、混合気を「乾燥」させる為の手段を設けることにより、即ち、混合気からの液体部分（例えば、小滴の形態）の最大の分離を達成することにより、得られる。この結果のために、容器中に複数の隔壁が設けられることが出来る（図１中に、燃料の上方に設けられた傾斜した複数の隔壁１５を見ることができ、それを介して混合気の移動が区画される）。しかしながら、例えば小滴分離機，沈殿物容器（settling vessel），その他の如き他の手段も、この目的のために使用することが出来る。

好ましくは、混合気があまりにも濃い時には空気を追加し、そして混合気があまりにも薄い時には空気吸入を減少させることにより、空気／燃料混合気を制御する手段が設けられることが出来る。

図３は、図１の装置の変形例を示しており；外部空気供給の如き或る特徴が、簡潔さのためにここに図示されていない。この図３中において、容器１には液体燃料の一定水準を維持する装置５を介し液体燃料が供給される。外部空気が管２を介して引き込まれ、そして空気／燃料混合気が管６を介して機関に送られる。多数の孔が形成されている空気拡散器７の上方で燃料中は、安定手段３３である。この安定手段３３は高度に多孔性であり、燃料中の気泡の数を増大させると同時に液体燃料の上面を安定させて、例えば曲がる（cornering）時又は斜面上にいる時の容器の移動中に液体燃料の上面を多少なりとも安定を維持する、即ち水平にする、という特徴を有する。高度な有効性を提供している手段は、複数のステンレス鋼片の層であり、しかし、１つ又はそれ以上の他の材料を備えている層もまた可能である。装置を安定化させるもう１つの道は、容器の自在継手懸架装置を有することである。図３中に示されている実施形態では、空気／燃料混合気は沈殿容器（settling vessel）３４に伴われた螺旋通路３２により「乾燥」される。後者の内側には、管３６の内側の空気／燃料混合気に適用された角移動（angular movement）により液滴が区分されている。沈殿容器３４の底の小さな孔３５が容器中への液体燃料の為の戻りを提供している。明らかに、螺旋通路３２と沈殿容器３４の両者は、両者の組み合わせを使用する必要性がなければ、乾燥目的の為に分離して使用することも出来る。

図４中の実施形態では、容器１は単に液体燃料をガス化する為の手段として機能し、空気／燃料混合気の創出は後に行なわれる。図４の装置は、加熱手段８，９を伴った一定水準維持装置５を介して燃料が供給される容器１を備えている。容器１に連結されている真空ポンプ４６が液体燃料４の上方に真空を作り出し、そして従って燃料をガス化する。燃料ガスは真空ポンプ４６により空気／燃料混合気４７に送られ、空気／燃料混合気４７には管４８により外部空気が供給される。空気／燃料混合気は次に、もう１つの管４９により内燃機関５０に送られる。

制御及び調整の詳細は図４中には示されていないが、このような制御及び調整手段は、図１中に示されている装置のこれらの如く、又は当業者に良く知られている手段として、提供されることが出来る。

容器１は機関燃料タンクであることが出来るが、適切な寸法及び一の分離タンクであることが好ましい。この理由は、機関燃料タンクの内側の燃料の全てを加熱することは上記タンクの燃料容量を減少させるからであり、そして容器１は機関から余り遠くに設置しないことも好ましい。さらに、従来の燃料タンクはこの発明に従っている装置の為の容器として使用するのに適していない。

この発明に従った装置を使用することにより、内燃機関の効率を、３５乃至４５％近傍の通常の効率に比較して、６０％以上にまで上昇させることが出来ることが分かっている。このことは自動的に、排出ガス汚染物質及び燃料消費における大きな減少という結果となる。

この発明に従っている内燃機関の為の供給装置は原型機器であることができ、しかしこの発明はまた、現存している機関に新たな技術を付加する為の装置を備えている設備（kit）を提供する。

この発明は、ガソリン及びディーゼル機関の両者に適用することが可能であり、そして、（エタノール又は菜種油（rapeseed oil）の如き）バイオ燃料、又は種々の種類の燃料の混合を使用する期間にも適用することが可能である。

ディーゼル機関、特に現存しているディーゼル機関、の場合には、これらの機関にこの発明に従った装置の使用を可能にするよう適用させる種々の方法が存在している。１つの可能な方法は、圧縮比を変更（良く知られている技術）するとともに、そこに点火プラグを装着することによりディーゼル機関からガソリン機関へ転換させることである。もう１つの可能な方法は、一方での従来のディーゼル機関のアイドリングと他方でのこの発明に従っている装置を介しての供給との複合された運転を含むことである。その上、この発明は、（発電設備の如き）設置式機関ばかりでなく（一般的な自動車，バス，トラック，ボート，トラクターの）移動式機関にも使用することが出来る。ガソリン機関の場合には、この発明に従っている装置は、気化器と交換することが出来る。

この発明は、図面中に図示され、そして上述した記載中に記載された種々の実施形態に限定されることがなく；当業者がこれらの実施形態から得ることが出来た他の種々の実施形態もまた含む。

Claims (10)

1. 燃料（４）を伴った容器（１）と、
   燃料（４）中に浸された空気拡散器（７）が取り付けられている入口管（２）と、そして
   燃料の温度を最適な値に維持する為の手段を備えている、燃料を加熱する為の回路（８，９）と、
   を備えていて、液体燃料がガス化される、内燃機関の為の供給装置。
2. 空気拡散器がその側面に複数の孔を有している、請求項１中に請求されている、内燃機関の為の供給装置。
3. 燃料加熱回路が機関冷却水を使用する、請求項１又は２中に請求されている、内燃機関の為の供給装置。
4. 燃料の温度を最適な値に維持する為の手段が、燃料加熱回路中に搭載されているサーモスタットからなる、請求項１乃至３のいずれか１つに請求されている、内燃機関の為の供給装置。
5. 燃料加熱システムが加熱抵抗器を備えている、請求項１乃至４のいずれか１つに請求されている、内燃機関の為の供給装置。
6. 容器中の燃料の温度が維持される最適な値は、平均して、２２℃プラス又はマイナス数度である、請求項１乃至５のいずれか１つに請求されている、内燃機関の為の供給装置。
7. 空気／燃料混合気を乾燥させる為の手段を備えている、請求項１乃至６のいずれか１つに請求されている、内燃機関の為の供給装置。
8. 空気拡散器の上方に配置された安定手段を備えている、請求項１乃至７のいずれか１つに請求されている、内燃機関の為の供給装置。
9. 安定手段がステンレス−鋼の複数の片の層からなる、請求項８中に請求されている、内燃機関の為の供給装置。
10. 内燃機関上に設置するとともに請求項１乃至９のいずれか１項中に請求されている内燃機関の為の供給装置を備えている設備。

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