JP2004512456A

JP2004512456A - 燃焼装置を操作する方法

Info

Publication number: JP2004512456A
Application number: JP2002538034A
Authority: JP
Inventors: ヘッドリー、　ロナルド; ジョーンズ、　パトリック
Original assignee: リビット　リミテッド
Priority date: 2000-10-28
Filing date: 2001-10-26
Publication date: 2004-04-22
Also published as: NO20023165L; US6769244B2; GB2368371A; EP1328717A1; ATE272790T1; US20020189245A1; EP1328717B1; AU2001295799A1; DE60104712D1; GB2368371B; KR20020084083A; WO2002035078A1; DE60104712T2; NO20023165D0; ES2227289T3; GB0026397D0

Abstract

内燃機関（１０）等の燃焼装置を動作させる方法が記述されている。その装置（１０）は、一次燃焼空気用の吸気ポート（１５）を持つ少なくとも１つの燃焼室（１１）と、その燃焼室（１１）に前記一次空気と一緒に燃焼する一次燃料を導入する手段（１９）と、燃焼生成物のための排気ポート（１６）と、燃焼生成物を大気に排出するための排気システム（２４）と、を備えている。その方法は、排気システム（２４）中に二次空気を導入し；触媒の存在下で排気システム（２４）中の二次空気と生成物に対して機械的に作用して、改質燃料を生成し；改質燃料を燃焼室（１１）中に導入して、一次燃料及び一次空気と一緒に燃焼させることを構成としている。

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明は、燃焼装置の操作方法に関し、より詳しくは、これに限られないが、車両用の内燃機関に関する。このような機関は、一般的に、一次燃焼空気用の吸気ポートを持つ少なくとも１つの燃焼室と、この燃焼室に一次空気と一緒に燃焼する一次燃料を導入する手段と、燃焼生成物用の排気ポートと、燃焼生成物を大気に排気するための排気システムと、を含んでいる。この一次燃料は、例えば、ガソリン、ディーゼル、液化石油ガス、もしくは他の適当な燃料、又はこれらの燃料の混合物である。
【０００２】
（発明の背景）
内燃機関の開発は、機関の出力を最大化して、燃料使用量の経済性を向上させ、また、有毒排出物を減少させることに焦点を合わせてきた。
【０００３】
特に有毒排出物を減少に関しては、例えば、機関の燃焼室中での燃料／空気を混合し、次に、例えば、燃焼生成物を、例えば、触媒コンバータを通過させることによって清浄化するプロセスを改善する燃料噴射システムを開発することによって機関内部の燃焼を改善することに焦点を合わせてきた。
【０００４】
触媒コンバータを装備させることには問題があるが、それは、このようなデバイスは、その傾向として、高温になって初めてその最大動作性能に達するだけであり、そのため、例えば、機関がその最適な動作温度にまで達しない短距離走行においては、このような触媒コンバータはあまり恩典となる効果をもたらさないからである。さらに、このようなコンバータは高価であり、また、容易に汚染されるため、頻繁に交換しなければならない。
【０００５】
先の特許出願ＥＰ−Ａ−０７４４００６号では、ミネラルオイルを加熱して得られる気化した二次炭化水素系の高発熱量燃料を機関の燃焼室に導入することによって燃焼を改善する装置が提案されている。したがって、一次燃料が機関中で燃焼する効率が向上し、また、これが、有害な排気放出物の生成量を減少させる効果を持つ。
【０００６】
先の特許出願ＥＰ−Ａ−０４１８３１号には、機関の排気マニホルド中に比較的清浄な空気を導入させて、より効率的に排ガスを放出させ、これによって、排気されたガスではなく吸入された空気を、正常な機関動作中でも発生するサイクル圧力が変動している間に、機関の燃焼室中にその排気ポートから引き込むようにする排気アスピレータが記載されている。
【０００７】
（発明の要約）
本発明の第１の態様によれば、一次燃焼空気用の吸気ポートを持つ少なくとも１つの燃焼室と、この燃焼室に一次空気と一緒に燃焼する一次燃料を導入する手段と、燃焼生成物用の排気ポートと、燃焼生成物を大気に排気するための排気システムと、を含む燃焼装置を操作する方法が提供されるが、本方法は、排気システム中に二次空気を導入するステップと、触媒の存在下において排気システム中で二次空気と燃焼生成物に対して機械的に作用して、改質された燃料を生成するステップと、この改質燃料を燃焼室中に導入して、一次燃料及び一次空気と共に燃焼させるステップと、を含む。
【０００８】
この改質燃料は、例えば生成されたすぐ後に排気ポートを介して燃焼室に導入するのが好ましいが、改質燃料を、後で使用するために回収して蓄積し、また、一次燃料と共に燃焼室中に供給するようなことも想定される。
【０００９】
本発明の本方法を利用すると、燃焼効率が実質的に向上し、その結果、排気エミッションがかなり清浄化され、また、出力もかなり向上することが分かった。また、例えば機関設計を改善するための以前の提案では、燃料効率と出力との間で妥協する必要があったが、本発明を用いればこのような妥協は不必要である。
【００１０】
本発明を機関に適用する場合、本方法は、この機関の正常動作中に排気システム内で発生する圧力の変化サイクル中に発生する低圧状態又は部分的真空状態で排気システム中に空気を引き込む、例えばＥＰ−Ａ−００４１８３１に開示されているものと類似した排気アスピレータを介して排気システム中に二次空気を導入するステップを含む。しかしながら、ＥＰ−Ａ−００４１８３１では、アスピレータの主要な機能は、排気システム中で発生する真空波を減衰させ、これによって、排ガスの排出効率を向上させることにあるが、本発明による方法では、排気アスピレータは、排気システム中に空気を引き込むようにチューニングされ、また、二次空気及び燃焼生成物に対して圧力パルスを用いて作用するように機械的にチューニングされ、これによって改質燃料の生成量を最適化するようになっている。
【００１１】
一般的に、本発明による方法の目的に適するアスピレータ手段は、スプリングで付勢されたバルブ部材付きのバルブを有するが、このスプリングの力によって、バルブ部材を駆動してバルブシートと係合させてバルブを閉じるが、排気システム中の圧力が十分低下するとこのスプリング力は負け、これによって、二次空気がバルブから内部に引き込まれる。本発明を発動させるためのこのようなアスピレータ手段をチューニングするためには、スプリング圧力を調整し、これによって、機関サイクル中の適切な時点でバルブが所望の低圧又は部分的真空に反応するように、また、機械的に適切に排気システム内で強い圧力パルスを発生させて、排気システム内に存在する燃焼生成物及び二次空気に対して作用して改質燃料を生成するようにする動作を含む。
【００１２】
単一の燃焼室を有する機関の場合、スプリングを調整して、（単一の）ピストンが燃焼室中を運動する結果として排気システム内に低圧が発生して空気が空気吸気ポートから内部に誘導されると、排気ポートが排気取り出しバルブやピストンによって完全に閉じられる以前にバルブを開いてピストンの誘導ストロークの開始時に二次空気を排気システム中に引き込ませるようにできることが認識されよう。ピストンが互いに異なったストローク位置にある複数燃焼室機関の場合、バルブは、１つ又は全てのピストンが他のストローク位置にある場合に排気システム内で発生する低圧に反応する。
【００１３】
本明細書中でその又は各々の燃焼室中に誘導される一次空気に対する言及内容には、その燃焼室中に例えばターボ又は他の一次空気導入手段によって誘導される空気が含まれることが理解されよう。
【００１４】
アスピレータは、回転させることによって、二次空気と、一般的には不燃焼炭化水素、二酸化窒素ガス（一般的に「ＮＯｘ」として知られている）、二酸化炭素、一酸化炭素及び水（通常は流れという形態をとっている）を含む燃焼生成物と、から、メタノールと水素ガスの一方又は双方が含まれる改質燃料を生成するようにするが、双方とも、十分補充燃料となる。本発明に従って機関を操作することによって、最終的に排気システムから大気に放出される排ガス中の不燃焼炭化水素、ＮＯｘ及び一酸化炭素の量は、大幅に減少し、また、二酸化炭素の量もかなり減少することが分かった。
【００１５】
アスピレータを少なくとも部分的に構成している、例えば銅などの材料から触媒を構成するのが好ましいが、所望次第では、セリウムを、アスピレータの近傍に備えれば、二次燃料の生成効率の向上に特に有効である。
【００１６】
本装置が機関である場合、改質燃料は、ピストンが次の導入ストロークを開始しようとするときのそのピストンの排出ストロークの終了時に排気ポートにおいて形成される部分的真空の結果として、その排気ポートが排気取り出しバルブ又はピストンによって完全に閉じられる前に、この機関のその又は各々の燃焼室中に導入される。
【００１７】
このように、改質燃料は、次の導入位相中で機関中に導入又は噴射される一次空気及び一次燃料と同時に燃焼室中で燃焼する。
【００１８】
燃焼装置が、各々が排気ポートを持つ複数の燃焼室を有する場合、排気ポートはその各々が、排気マニホルドに対して開口するが、そこには、二次空気を排気システム中に導入するアスピレータ又は他の手段が置かれることがある。
【００１９】
本発明による方法は、排気システム中の引き込まれた二次空気及び燃焼生成物に対して機械的に作用することによって得られた改質燃料を、空気を一次燃料と一緒に燃焼させるために燃焼室中に導入する際に通過する吸気マニホルド中に導入するステップと含む。
【００２０】
この動作は、排気ポートと吸気ポートの双方が完全には閉じられてはいない間に排気ポートを介して燃焼室中に導入された改質燃料を、燃焼室中を通過させて外部に出して吸気マニホルド中に入れて、吸気マニホルド中で空気又は空気／燃料混合物と混合させ、次いで一次燃料、すなわち誘導された又は噴射された一次燃料と一緒に燃焼室中に導入することによって達成され得る。
【００２１】
上記の本発明による主要な態様に従って装置を操作することに加えて、本発明による方法はさらに、ミネラルオイルを、例えば、ＥＰ−Ａ−０７４４００６の主題の装置を用いて加熱することによって得られた気化した二次炭化水素系の高発熱量燃料を装置の燃焼室中に導入するステップを含み得る。
【００２２】
一般的なミネラルオイルとしては、例えば、英国基準２４５に準拠した物が挙げられる。
【００２３】
このミネラルオイルは、電気的に加熱しても及び／又は機関が発生した高温排ガスによって熱交換によって加熱してもよい。
【００２４】
機関又は他の燃焼装置中に、一次燃料と一次空気と共に燃焼される気化した二次炭化水素系高発熱量燃料を導入することによって、機関はそうでない場合より低温で操作でき、その結果、特に燃焼中に生成されるＮＯｘの量が最小化されることが分かった。
【００２５】
本燃焼装置は、内燃機関、例えば、燃焼室での燃料の燃焼がスパークによって開始される機関、又は燃焼室中でのガスの圧縮によって引き起こされた熱によって燃焼が開始されるディーゼルサイクル機関、又はスパーク支援式ディーゼル機関であってもよい。
【００２６】
スパーク点火式機関の場合、一次燃料は、気化した二次炭化水素系高発熱量燃料と一緒に燃焼室中に誘導及び／又は噴射され得るが、一次燃料を噴射によって導入する場合、気化した二次炭化水素系高発熱量燃料は誘導された空気と一緒に導入してもよい。
【００２７】
いずれの場合も、本発明を実行すると、機関の出力を向上させ、燃料使用経済性を向上させ、有害放出物を減少させることが分かっている。
【００２８】
本発明の第２の態様によれば、本発明の第１の態様に従って動作するように、少なくとも１つの燃焼室を有する燃焼装置を適応させる方法が提供されるが、本方法は、排気システム中に二次空気を導入する手段と、触媒の存在下で排気システム中の二次空気と燃焼生成物に対して機械的に作用して、改質燃料を生成する手段と、二次燃料を装置の燃焼室中に排気ポートから導入して、一次燃料と一次空気と一緒に燃焼させる手段と、を備えた燃焼装置を提供するステップを含む。
【００２９】
このように、本発明は、機関の改善に役立つが、一方、例えば排気放出物を浄化するための従来の触媒コンバータは、オリジナルの装置として、例えば車輌製造業者によって提供されるが、その際、そのコンバータを収容するスペースがあること、また、コンバータと機関が一緒に満足に動作することを保証しなければならない。しかしながら、車両は、所望次第では製造中に本発明を実行するようにしてもよい。
【００３０】
本発明を実行するように適応される機関が、既に触媒コンバータを含んでいる場合、採用する機関制御方式によっては、機関が満足に動作することを保証するステップが必要となる。例えば、機関制御方式がいわゆる「開ループ」、すなわち、車両の機関管理システムが触媒コンバータの性能とは実質的に無関係に操作される方式の場合、本発明の第２の態様による方法は、何ら追加のステップを必要とすることなく実行される。しかしながら、機関制御方式がいわゆる「閉ループ」、すなわち触媒コンバータに結合したセンサーからの入力が機関管理システムに提供される方式の場合、本方法は、触媒コンバータのセンサーをディスエーブルするステップ又は本発明の第１の態様による方法を実行しても機関管理システムの性能に悪影響を与えないように機関管理システムを再プログラミングするステップを含む。
【００３１】
触媒コンバータは、濃厚な燃料／空気混合物が機関中で燃焼する場合に最も満足に動作することが理解されよう。いわゆる「閉ループ」式機関管理システムの場合、触媒コンバータと結合しているセンサーが、燃焼生成物中の不燃焼燃料と一酸化炭素の量を感知し、機関管理システムが、一次燃料／空気混合物の濃厚度を設定して、触媒コンバータの動作を最適化する。本発明を利用すると、不燃焼炭化水素と一酸化炭素は改質燃料を提供する際に使い果たしてしまうので、未修整の閉ループ管理システムは、センサーに対して不当に反応して、一次燃料／空気混合物の濃厚度を増加させてしまう。
【００３２】
（発明を実施するための最良の形態）
図１を参照すると、機関１０は、少なくとも１つの燃焼室１１を有している。この例では、機関１０は往復式であり、燃焼室１１がシリンダとなっており、その内部でピストン１２が往復する。しかしながら、本発明は、例えばロータリ機関などの他の種類の内燃機関にも適用可能である。
【００３３】
その又は各々の燃焼室１１は、この例では一次燃焼空気を、ピストン１２の運動するよる単純な導入か又はターボ支援によって導入する際に通過する吸気ポート１５と、排気取り出しポート１６と、を有している。吸気ポート１５と取り出しポート１６は双方共が、この例では、それぞれのバルブ１７と１８の動作によって開閉するが、これらのバルブは、一般的には、例えばカムシャフトから駆動されるロッドを操作することによって機関サイクルに従って開閉される。
【００３４】
この例では、機関はディーゼル機関であり、この場合、燃焼用の一次燃料がインジェクタ１９によって機関中に噴射されて、空気がシリンダ内で圧縮されるに連れて熱が発生する結果、点火される。別の例では、一次燃料は、スパーク支援の下に点火されるが、特にガソリンスパーク点火機関の場合、一次燃料は、一次空気と共に燃焼室１１中に導入される。
【００３５】
一次空気は、吸気マニホルド２０から燃焼室中に導入してもよい。もちろん、機関１０が複数の燃焼室１１を有する場合、その各々の吸気ポート１５は吸気マニホルド２０に接続され得る。空気は、空気吸気口２１から、技術上周知なように、空気フィルタなどを介して及び／又はターボデバイスを用いたり別様に吸気マニホルドに対して提供される。
【００３６】
この又は各々の排気取り出しポート１６は、排気システム２４の排気マニホルド２３に接続されている。複数燃焼室１１機関の場合においてもまた、各燃焼室１１の取り出しポート１６が、排気マニホルド２３に接続されている。燃焼ガスは、触媒コンバータ２５などを排気マニホルドから通過して大気に出る。
【００３７】
本発明によれば、排気システム２４中に二次空気を導入する手段が提供されるが、この場合、これはアスピレータデバイス２６であり、これを、図２を参照して以下に詳述するが、アスピレータ２６は、排気システム２４内の排ガス及び導入された二次空気が機械的な作用を受けるように調整されており、これによって、排ガスと二次空気が改質燃料となるようにする。次に、この改質された燃料は、以下に説明するように燃焼室１１中に戻され、次いで、一次燃料と共に燃焼室１１中で燃焼される。
【００３８】
ピストン１２が燃焼室１１中で排気サイクルを実行した、すなわち排気取り出しポート１６が開いている間に図面に示すように上方に移動し、また、ピストン１２が再度下方に移動して、少なくとも一次空気を吸気ポート１５が開いている状態で燃焼室１１中に導入されることを可能とした直後に、吸気口１５と取り出し口１６の双方のポートが同時に開く短い期間があることが理解されよう。この期間中は、取り出しポート１６のところでは、圧力が減少する、又は部分的な真空状態となり、その結果、排気システム２４からのガスが、吸気ポート１５から一次空気と共に燃焼室１１中に引き込まれる。このように、排ガスが改質燃料を含む場合、この改質燃料は、燃焼室１１中に導入される。
【００３９】
さらに、極めて少量の改質燃料が、燃焼室１１を通って吸気ポート１５に達するが、それにも関わらず、流れの向きは圧倒的に反対方向であり、極めて少量の改質燃料が、吸気マニホルド２０にまで到達して一次空気と混合する。したがって、次いで燃焼室１１中に導入された一次空気は、改質燃料の極めて小部分しか含んでいない。
【００４０】
そのうえ、図１に、装置３０を示すが、この装置によって、二次高発熱量気化燃料が、吸気マニホルド２０中に導入され、一次空気と共に燃焼室中に導入される。
【００４１】
ここで図２を参照すると、二次空気を排気システム２４中に導入させるのに適したアスピレータ２６が図示されている。アスピレータ２６は、二次空気と燃焼生成物からの改質燃料の生成量を最大化するようにチューニングされている。
【００４２】
アスピレータ２６は、一方の端３３、すなわち図２に示す下方の端のところに雄のスレッド付きボスで止められて提供され得る管３２を含んでいるが、これによって、アスピレータ２６は、取り出しマニホルド２３に対して便利に取り付けることが可能となるようになっているが、マニホルド２３とアスピレータ２６は、別様に配置して接続するようにしてもよい。
【００４３】
管は、銅などの触媒材料で作製するのが好ましく、これによって、改質燃料の生成が促進され、また、所望次第では、セシウムや他の値が高いがより効率的な触媒材料を排気システム２４中に配置して、改質燃料の生成をさらに促進するようにしてもよい。
【００４４】
管３２の反対側の端３４のところには、図２に示すように、頂部にバルブ３５が提供されている。バルブ３５は、この例ではキノコ状のキャップという形状をしたハウジング３７に収納されたバルブシート３６を含んでいる。この場合には球４０であるバルブ部材は、スプリング４１によって駆動されて、球４０を受容するような形状をしたバルブシート３６と係合して、通常は、バルブを閉じてバルブ３５を通過する空気が管３２に入らないようにする。しかしながら、スプリング４１は弱く、したがって、管３２内が低圧又は部分的真空状態になると、スプリング４１の力は負けて、球４０はバルブシート３６から除去され、そのため、空気がバルブ３５から引き込まれて、当然管３２と排気システム２４に達する。
【００４５】
アスピレータ２６は、スプリング４１の圧力を、バルブ３５が機関サイクルの適切なポイントで二次空気の流入量を最大化するように開くように設定することによって改質燃料の生成量を最大化するようにチューニングしてもよい。そのうえ、スプリング４１とバルブ３５の構造は、一般的に、バルブが鋭く開閉して、二次空気が強いパルスとして導入されるように成っている。このように生成されたパルスは、触媒材料の存在下で排気システム２４中で燃焼生成物と二次空気に対して機械的に作用して、燃焼室１１中の上述したように導入される、一般的に水素ガスとメタノールである燃料を改質する。
【００４６】
アスピレータ２６の他の構造も、もちろん可能である。例えば、バルブ３５の構造は、球形状のバルブ部材４０の他にも、例えばディスク形状のバルブ部材を内蔵し得るが、この場合、バルブシート３６は、改質燃料の生成量を最大化するようにアスピレータ１６をチューニングするように適切に構成される。図１では、管３２は屈曲されて図示されているが、図２では、管３２は直線状である。管３２は、所望次第では、車両の機関コンパートメント内にはめ合うように屈曲され得る。
【００４７】
実用的な実施形態では、一般的に、管は長さが約３０ｃｍであり、一般的に、バルブ３５は長さが約５ｃｍである。管３２の直径は、一般的に約０．７９ｃｍである。
【００４８】
アスピレータ１６の動作を、バルブ３５を開いて二次空気を排気システム２４中に引き込むために必要な低圧又は部分的真空状態が、ピストン１２が、吸気口１５と排気ポート１６が開いている状態でそのストロークの頂部又は実質的に頂部にある時に発生する、特に単一の燃焼室１１を持つ機関１０を参照して記述した。ピストン１２のどれもが同じ時点におけるそのサイクル中での位置が互いに異なり、これによって機関１０のバランスを取るようになっている複数燃焼室１１を持つ機関１０においては、アスピレータ２６のバルブ３５は、吸気口１５と排気ポート１６が開いている状態でそのストロークの頂部にあるどの燃焼室１１のピストン１２とも一致しない時点で開くように配慮し得ることが理解されよう。複数燃焼室１１を持つ機関１０においては、排気システム２４中の圧力は、複雑なパターンに従って変化する傾向がある。それでもなお、アスピレータ２６のバルブ３５は、排気システム２４中で設定された低圧又は部分的真空状態が発生するとスプリング４１の力に逆らって開くように配慮されている。したがって、二次空気／改質燃料は、排気システム２４中に停滞するが、それぞれのピストン１２が次に吸気口１５と排気ポート１６が開いている状態で自身のストロークの頂部に来ると燃焼室１１中に導入される。したがって、二次空気を排気システム２４中に導入するに必要とされる低圧又は部分的真空状態は、改質燃料を燃焼室１１中の導入するに必要な燃焼室１１の排気取り出しポート１６で局所的に発生する低圧や部分的真空状態とは一致しないこともある。
【００４９】
ここで図３を参照すると、二次炭化水素系高発熱量気化燃料を燃焼室１１（又はチャンバ）中に燃焼目的で一次空気と一緒に導入する手段である装置３０の例が図示されている。
【００５０】
装置３０は、炭化水素系液体燃料が内部に存在し、また、英国基準２４５に準拠するリザーバ５０を含んでいる。容器５０は、フィラーキャップ５１を介して液体燃料を充填するが、ディップスティック５２を提供して、容器５０中での液体燃料レベルを即座に測定できるようにしてもよい。
【００５１】
リザーバ５０内には、長尺で内向きに延長する電気的加熱エレメント５５が取り付けられているが、これは、スレッド付きボス５６を介して取り付けられる。このボス５６は容器５０と、又は少なくともこの例ではその底部壁５７とスレッド／密封係合状態にあり、また、サブアセンブリ５９に対するマウンティング５８となっている。このサブアセンブリ５９は、円筒形シリンダ６０を含むが、このシリンダ６０中には、自身の一方の端６２において、容器５０内の液体燃料のレベルを上回るレベルでハウジング６０からスペース６５に対して開口し、自身の下方端６４において、液体燃料レベルより下方でハウジング６０から開口するコイル管６１が備えられている。
【００５２】
電熱エレメント５５を起動すると、電流が流れて、コイル管６１中にある液体燃料が加熱されて気化する。この気化した燃料は、液体燃料レベルより上にあるスペース６５中に入り、したがって、出口６６を通って機関１０の吸気マニホルド２０に到達する。このように、気化した燃料は、一次空気と共に流れて燃焼室１１中に入る。
【００５３】
ハウジング６０内のコイル管６１の周りには、絶縁体６３があり、これによって、コイル管６１中の液体燃料だけが加熱されるようになっている。そのうえ、コイル管６１は必然的にその直径が小さく、そのため、詰まりやすいので、サブアセンブリ５９は、マウンティング５８からネジを外して容器５０から取り外せるようになっている。サブアセンブリ５９を容器５０に対して密封するために、サブアセンブリは、使用中に、これも二次マウンティング６８を介して容器とスレッド係合しており、また、ナールドリング７０などのなんらかの手段を含み、これによって、容器５０内のサブアセンブリ５９の着脱を容易なものとする。
【００５４】
二次燃料装置５０の別の構造では、電熱器５５の代わりに又はそれに加えて、例えば、機関１０により発生した高温排ガスなどの別の熱源によって液体燃料を気化状態に向けて加熱する手段が装備される。
【００５５】
改質燃料を生成するようにチューニングされたアスピレータ２６を排気マニホルド２３中に提供し、また、所望次第で、既述の装置５０などの二次燃料提供装置を自身と関連させて動作するように提供することによって本発明を実行するように、既存の機関１０を適応され得ることが理解されよう。
【００５６】
排気システム２４が触媒コンバータ２５を含む場合、これが受動デバイスであるか能動デバイスであるかによって、本発明を実行するように機関を適応させるに際して、追加のステップを実行する必要があり得る。
【００５７】
例えば、触媒コンバータ２５が、排ガス中の不燃焼炭化水素と一酸化炭素の濃度を示す入力を機関管理システム８１に提供するセンサー８０を含んでいる場合、この機関管理システムは、従来は、一次燃料／空気混合物の濃厚度を、触媒コンバータ２５が最も効率的に動作し得るレベルに設定することによって対応している。本発明を実行する場合、排ガス中の不燃焼炭化水素と一酸化炭素のレベルが本方法によって減少したら、センサー８０をディスエーブルする及び／又は機関管理システム８１を再プログラミングして、一次燃料／空気混合物の濃厚度が不当に減少することがないようにする。
【００５８】
例えば二次燃料装置５０が間隔をおいて操作されるだけの機関においては、センサー８０を用いたり、又は別のセンサーを装備して、発生する特定の機関状態に反応して機関管理システム８１に入力を提供して、二次燃料装置５０を、例えば電熱エレメント５５をオン／オフすることによって動作させたり動作を禁止したりする。
【００５９】
本発明の方法の実行を可能としながらも様々な修正が上記の装置に対して可能である。
【００６０】
例えば、既述の例では、改質された二次燃料が排気ポートから燃焼室に導入されて、一次燃料と共に燃焼される。特に余分の改質燃料が生成されると、それは回収されて蓄積され、後になって燃焼室に、例えば排気ポートからではなく、一次燃料と共に導入される。
【００６１】
本発明は、内燃機関にだけ適用可能であるというわけではなく、改質燃料が導入される際に通過する排気ポートを持つのが望ましい燃焼室を有するボイラーや炉などの他の燃焼装置にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
本発明は、以下の添付図面を参照して説明する。
【図１】
本発明の第１と第２の態様に従って操作される機関の略図である。
【図２】
本発明による方法で用いられる排気アスピレータの部分的に分解した側部断面図である。
【図３】
本発明による方法で用いられる二次燃料装置の側部断面図である。

Claims

一次燃焼空気用の吸気ポート（１５）を持つ少なくとも１つの燃焼室（１１）と、前記燃焼室に前記一次空気と一緒に燃焼する一次燃料を導入する手段（１９）と、燃焼生成物のための排気ポート（１６）と、前記燃焼生成物を大気に排出するための排気システム（２４）と、を備える燃焼装置（１０）を操作する方法であって、前記方法が：
前記排気システム（２４）中に二次空気を導入し；
触媒の存在下で前記排気システム（２４）中の前記二次空気と生成物に対して機械的に作用して、改質燃料を生成し；
前記改質燃料を前記燃焼室（１１）中に導入して、一次燃料及び一次空気と一緒に燃焼させること；
を含む方法。
前記改質燃料が前記排気ポート（１６）を介して前記燃焼室（１１）中に導入されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
前記燃焼装置（１０）が内燃機関であり、二次空気が、前記機関（１０）の正常動作中に前記排気システム（３４）内で発生する圧力の変化サイクル中に発生する低圧又は部分的真空状態において前記排気システム（２４）中に空気を引き込む排気アスピレータ（２６）を介して前記排気システム（２４）中に導入されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
前記排気アスピレータ（２６）が、前記排気システム（２４）中に空気を引き込むように、また、前記二次空気及び燃焼生成物に対して圧力パルスによって機械的に作用し、これによって改質燃料の生産を最適化するようにチューニングされることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
前記アスピレータ（２６）が、スプリング付勢されたバブル部材（４０）を持つバルブ（３５）を含み、前記スプリング（４１）の力が作用して、前記バルブ部材（４０）をバルブシート（３６）と係合させて前記バルブ（３５）を閉鎖し、また、前記スプリング（４１）の力が、前記排気システム（２４）中に十分に低い圧力が発生すると圧倒され、これによって、前記二次空気が前記バルブ（３５）を介して引き込まれ、また、前記アスピレータ（２６）が、前記内燃機関サイクル中の適切な時点で所望の低圧又は部分的真空状態に応答するように前記スプリング（４１）の圧力を調整することによってチューニングされ、これによって、前記触媒の存在下で前記排気システム（２４）内に存在する前記燃焼生成物と二次空気に機械的に十分に作用するように前記排気システム（２４）中で強い圧力パルスを生成して、改質燃料を生成するようにしたことを特徴とする、請求項３又は４に記載の方法。
前記改質燃料が、メタノールと水素ガスの一方又は双方を含むことを特徴とする、先行する請求項の内のいずれか一項に記載の方法。
前記触媒が、前記アスピレータ（２６）を少なくとも部分的に構成する材料で構成されることを特徴とする、請求項３〜５の内のいずれか一項に記載の方法。
前記燃焼装置が往復ピストン機関（１０）であり、また、ピストン（１２）が次の導入ストロークを開始しようとするときのそのピストンの排出ストロークの終了時に前記排気ポート（１６）において形成される部分的真空の結果として、前記排気ポート（１６）が排気取り出しバルブ（１８）又は前記ピストン（１２）によって完全に閉じられる前に、前記機関（１１）の前記又は各々の燃焼室（１１）中に前記改質燃料が導入されることを特徴とする、先行する請求項の内のいずれかに記載の方法。
前記燃焼装置（１０）は、各々が排気ポート（１６）を有する複数の燃焼室（１１）を有し、前記排気ポートは各々が、前記排気システム（２４）中に二次空気を導入する前記手段が位置しているところで排気マニホルド（２３）に対して開口する、先行する請求項の内のどれかに記載の方法。
前記排気システム（２４）中の引き込まれた二次空気及び燃焼生成物に対して機械的に作用することによって得られた改質燃料を、前記一次燃料と燃焼させるために空気を前記燃焼室（１１）中に導入する際に通過する吸気マニホルド（２０）中に導入することを含むことを特徴とする、先行する請求項の内のいずれかに記載の方法。
前記装置（１０）の前記燃焼室（１１）中に、電気的にミネラルオイルを加熱して及び／又は前記装置（１０）によって生成した高温排ガスを用いて熱交換してミネラルオイルを加熱して、前記オイルを気化させることによって得られた気化した二次炭化水素系高発熱量燃料を導入するステップを含むことを特徴とする、先行する請求項の内のどれかに記載の方法。
前記燃焼装置１０がスパーク点火機関であり、また、前記一次燃料が、前記気化二次炭化水素系高発熱量燃料と共に前記燃焼室（１１）中に誘導及び／又は噴射されることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
前記燃焼装置（１０）が、前記一次燃料が噴射によって導入される種類の機関であり、また、気化した二次炭化水素系高発熱量燃料が前記誘導された空気と共に導入されることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
先行する請求項の内のどれかに従った動作を行うように、少なくとも１つの燃焼室（１１）を有する燃焼装置（１０）を適応させる方法であり、前記方法が、：
前記排気システム（２４）中に二次空気を導入する手段を有する前記燃焼装置（１０）を提供し；
触媒の存在下で前記排気システム（２４）中の前記二次空気及び燃焼生成物に対して機械的に作用して、改質燃料を生成する手段と、前記二次燃料を前記装置（１０）の前記燃焼室（１１）中に前記排気ポート（１６）から導入して一次燃料と一次空気と一緒に燃焼させる手段と、を提供する；
ことを含む方法。
前記燃焼装置（１０）が車両の機関であり、前記車両に採用される前記車両機関（１０）が、触媒コンバータ（２５）を既に含んでおり、また、前記機関（１０）の機関管理システム（８１）が、機関制御に影響する前記触媒コンバータ（２５）と結合しているセンサーからの入力を受け、前記方法が、前記触媒コンバータの前記センサー（８０）を使用不能にするか又は前記機関管理システム（８１）を再プログラミングすることを含むことを特徴とする、請求項１４に記載の方法。