JPS5834644B2 - 内燃機関 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は静電気を利用した新規な内燃機関に関するもの
である。

最近、内燃機関の排気ガス中の有害成分を減少させるた
め種々の技術が開発されているが、それらの技術におい
ては、気化器や燃焼室を含めた機関の主要部の大改造を
必要とするため、開発費や製造原価が高額となり、また
一般に従来の機関より構造がかなり複雑になるので、高
価になると共に信頼性が低下するおそれがあった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、燃料に
帯電させ、かつ点火栓近傍に発生させた電界によって混
合気中の燃料粒子を点火栓近傍に引き付けることにより
、局部的に混合気を濃くして着火性を向上させ、より希
薄な混合気で安定な運転を可能にした内燃機関を提供す
ることを目的とする。

本発明においては、高電圧電源と電極等を増設するのみ
で機関の主要部は従来のものを使用できるので、エンジ
ンプラント等を変更する必要がなく、かつ構造が簡略な
ので低価格に出来ると共に、信頼性も高いという特徴が
ある。

以下図面に基づいて本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の一実施例図である。

第１図において１は気化器、２はベンチュリ、３はベン
チュリ２の下端部に設けた加速電極、４は絞り弁、５は
メインノズル、６は浮子室、７は電極、８はシリンダ、
９はピストン、１０は吸気マニホルド、１１は点火栓、
１２は点火栓１１の陽極、１３は直流の高電圧電源であ
る。

第１図の装置において、高電圧電源１３の○端子を電極
７に接続し、燃料に高電圧（数ｋＶ〜数十ｋ Ｖ ）を
印加すると燃料がｅに帯電し、メインノズル５から噴出
する際に見掛は上の表面張力が減少して燃料は粒子の微
小な霧状となる。

この現象は静電霧化現象として知られており（例えば朝
倉書店発行、静電気シリーズ１の「静電気の基軸の第２
３２頁〜２４３頁）、メインノズル５の近傍に燃料と逆
極性の電圧を印加した加速電極３を設置すると効果が増
大する。

この加速電極３は、例えばブラウン管の電子銃における
第２グリツドに相当するものと考えられ、メインノズル
５と逆極性の電圧を印加することによってメインノズル
５から噴出する燃料粒子を加速し、それによって霧化を
促進する効果を有するものである。

上記のようにして帯電した燃料粒子は吸入空気と混合し
、混合気としてシリンダ８へ送られる。

一方、シリンダ８に設けられた点火栓１１の陽極１２に
は、高電圧電源１３の■端子が接続されている。

そのため点火栓１１の近傍には■の電界が生じ、○に帯
電している燃料粒子を吸引するので、点火栓１１の近傍
は局部的に混合気が濃くなる。

そのため着火性及び燃焼速度が向上し、全体として希薄
な混合気に確実に着火することが出来る。

したがって従来より希薄な混合気を供給しても機関が安
定に動作するので、希薄燃焼方式によってＮ０ｘ（窒素
酸化物）を低減させる方法、又はＥＧＲ（排気還流装置
）の排気還流率を大きく（混合気が希薄になる）してＮ
Ｏｘを減少させる方法等を容易に実現することが出来
る。

また第１図に示すごとく、シリンダ８と吸気マニホルド
１０（この両者は通常電気的に接続されている）とを高
電圧電源１３のｅ端子に接続し、燃料粒子と同極性の電
圧を印加すれば、燃料粒子はシリンダ８及び吸気マニホ
ルド１０から斥力を受けるので、燃料粒子がシリンダ８
や吸気マニホルド１０の内壁に付着することがなくなり
、かつ点火栓１１の近傍に集中しやすくなる。

また第１図において、点火栓１１の中心電極（以下陽極
と記す。

）１２に印加する電圧は、陽極１２と側方電極（以下陰
極と記す。

）１２′間又はシリンダ８との間で放電を生じない範囲
（即ち通常の火花放電に使用する高電圧はどは高くない
）の電圧にする必要がある。

本発明においては予め帯電させた燃料粒子と電界間に働
く吸引力又は反発力によって燃料粒子を点火栓近傍に集
中させるのであるから、混合気に点火するおそれのある
放電現象を生じさせる必要はない。

なお、点火栓１１の陽極１２は図示しない点火系統へも
接続されており、点火時には通常の動作によって点火栓
が放電し、着火が行なわれる。

上記のように点火栓の陽極１２へ印加する電圧は、陽極
１２と陰極１２′又はシリンダ８との間の放電開始電圧
によって制限される。

したがって第２図に示すごとく、高電圧電源１３の出力
を抵抗Ｒ１とＲ２とで分圧して■端子より低い電圧を作
り、この電圧を点火栓の陽極１２又は破線で示すごとく
点火栓１１の近傍に設けた専用の集中電極１４へ与えて
もよい。

上記のように加速電極３への印加電圧と点火栓の陽極１
２への印加電圧とを変えることにより、加速電極３への
印加電圧は十分高くして静電霧化現象を促進し、かつ点
火栓の陽極１２への印加電圧は放電開始電圧以下に押え
ることが出来る。

また点火栓の陽極１２へ高電圧を印加する代りに、専用
の集中電極１４（網状、平板状、円筒状等）を用いれば
、上記放電開始電圧を高くすることも出来る。

例えば第３図は上記の集中電極１４の一実施例図であり
、Ａは一部断面図、Ｂは正面図を示す。

第３図において、１５は絶縁体、１６は導電体、１７は
針状電極である。

上記のごとき集中電極を設けたものにおいては、点火栓
に高電圧電源１３を接続しないため該高電圧電源１３に
よる印加電圧を高くすることが出来るので、燃料粒子の
吸引力を大きくすることが出来る。

また針状電極１７を用いると、針の先端に電界が集中す
るので、吸引力が強くなる。

上記のごとき集中電極１４は、第４図に示すごとく、シ
リンダ１８内の点火栓１９の近傍に設置して用いる。

また点火栓１９全体をシリンダ１８から絶縁すれば、該
点火栓の陽極１２と陰極１２′との間に放電を生ずるこ
とがなくなるので、放電開始電圧を高くすることが出来
る。

この場合には、陽極１２又は陰極１２′のいずれか一方
を高電圧電源１３の■端子に接続する。

またこの場合には点火栓はボディアースから絶縁されて
いるから、図示しない点火装置と点火栓の陽極１２、陰
極１２′は、それぞれ導線で接続する。

次に第５図は本発明の他の実施例図である。

第５図において、２０は機関動作特性に応じた信号Ｖｓ
に対応して出力電圧Ｖｏを変化させる制御回路である。

その他第２図と同符号は同一物を示す。第５図の実施例
は、機関動作特性（例えば機関の回転速度、吸入空気量
、吸入負圧、機関温度等）に応じて点火栓１１又は集中
電極１４に印加する電圧を変化させるものである。

ただし集中電極１４を設けた場合の結線は破線で示すよ
うにする。

例えば、機関のアイドリング時においては、放電開始電
圧が低くなり、高速回転時には放電開始電圧が高くなる
。

また高速回転時には吸気行程の時間が短いので、短時間
に燃料粒子を集中させる必要がある。

したがって信号■８として回転速度に応じた信号を用い
、低速回転時には出力電圧■ｏを低くし、高速回転時に
は出力電圧■ｏを高くするように制御すれば、低速回転
時にも放電を生ずるおそれがなく、かつ高速回転時にも
有効に燃料粒子を点火栓近傍に集中させることが出来る
。

なお点火栓１１又は集中電極１４に印加する電圧を変え
るだけでなく、加速電極３に印加する電圧も変えてもよ
い。

また回転速度、吸入空気量等の二つ以上のパラメータを
組合せて制御することも出来る。

なお第１図、第２図及び第５図の実施例においては、燃
料側の電極７に○極、加速電極３及び点火栓１１に■極
を接続しているが、この極性は逆でも効果は同一である
。

したがって絶縁や配線の都合によって適宜選定すればよ
い。

また高電圧電源１３は直流電源に限らず、低周波の交流
電源を用いてもよい。

また加速電極３は、ベンチュリ２の下端部を金属製にし
て加速電極としている（この場合ベンチュリ２は絶縁体
とし、メインノズル５と加速電極３とを絶縁する必要が
ある）が、ベンチュリ２と別個に設けてもよい。

例えばベンチュリ２の下方に金属製の円筒を設けて加速
電極としてもよい。

また燃料に帯電させる方法は、特別の電極７を用いず、
浮子室６又はメインノズル５を金属製にしてそれに電圧
を印加してもよい。

要するに燃料と接する部分に電圧を印加すればよい。

ただし、加速電極３の近傍にあるメインノズルの先端部
を金属製にしてそれを電極７として用いれば、逆極性の
電圧を印加された加速電極３との相互作用によって静電
霧化現象が効果的に生じ、燃料粒子に良く帯電させるこ
とが出来る。

以上説明したごとく本発明によれば、点火栓近傍の混合
気が局部的に濃くなるので、着火性及び燃焼速度が向上
する。

したがって通常より希薄域で機関を動作させることが可
能となるので、ＮＯｘ及びＨＣやＣＯ等の排気ガス有害
成分を減少させることが出来る。

特にＥＧＲの排気還流量を増加させても安定した燃料特
性を得ることが出来るので、ＮＯｘを大幅に減少させる
ことが可能となり、かつ運転性を向上させることが出来
る。

また静電霧化現象によって燃料が微小な粒子となるので
、良質な混合気を容易に作ることが出来、かつ吸気マニ
ホルドやシリンダの内壁への燃料の付着を防止すること
が出来るので、燃焼効率が向上し、燃費が良くなる。

また本発明の装置は高電圧電源と電極を増設するだけで
あり、機関本体は従来のものと同一でも良いので、エン
ジンプラント等を変更する必要がなく、極めて安価に製
造することが出来ると共に、構造が簡略で増設部分に機
械的可動部分がないので信頼性が高い。

また高電圧電源は、電圧を印加するだけで殆んど電流を
必要としないので、電力消費は極めて小さい。

また本発明は通常のピストンエンジンのみならず、ロー
タリエンジン等信の形式の内燃機関にも適用することが
出来る。

またＬＰＧ（液化石油ガス）のように気化する燃料であ
っても、液相の際に帯電させておけば、本発明を適用し
得る。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はそれぞれ本発明の実施例図、第３図
は集中電極の一実施例図、第４図は集中電極の設置方法
を示す図、第５図は本発明の他の実施例図である。 符号の説明、１・・・・・・気化器、２・・・・・・ベ
ンチュリ、３・・・・・・加速電極、４・・・・・・絞
り弁、５・・・・・・メインノズル、６・・・・・・浮
子室、７・・・・・・電極、８・・・・・・シリンダ、
９・・・・・・ピストン、１０・・・・・・吸気マニホ
ルド、１１・・・・・・点火栓、１２・・・・・・陽極
、１２′・・・・・・陰極、１３・・・・・・高電圧電
源、１４・・・・・・集中電極、１５・・・・・・絶縁
体、１６・・・・・・導電体、１７・・・・・・針状電
極、１８・・・・・・シリンダ、１９・・・・・・点火
栓、２０・・・・・・制御回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 吸気系の燃料噴出口部分を導電体で形成して第１の
   電極とするか又は燃料噴出口から噴出する以前の燃料に
   接触する個所に第１の電極を設け、また吸気系の燃料噴
   出口の近傍に第１の電極と絶縁された加速電極を設け、
   また燃焼室内の点火栓近傍に第２の電極を設け、加速電
   極及び第２の電極と第１の電極との間に電圧を印加し、
   第１の電極によって帯電させられ、かつ加速電極によっ
   て付勢された燃料粒子を第２の電極の発生する電界によ
   って点火栓近傍に吸引することにより、燃焼室内の点火
   栓近傍の混合気を局部的に濃厚にすることを特徴とする
   内燃機関。 ２ 点火栓の中心電極を上記第２の電極として用い、点
   火栓近傍の混合気を局部的に濃厚にすることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の内燃機関。 ３ 点火栓全体を燃焼室から絶縁し、点火栓の中心電極
   又は側方電極を上記第・２の電極として用いることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の内燃機関。 ４ 燃焼室内の点火栓近傍に設けられた専用の電極を上
   記第２の電極として用い、点火栓近傍の混合気を局部的
   に濃厚にすることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の内燃機関。 ５ 気化器のベンチュリの下端部を他の部分と絶縁し、
   上記下端部を上記加速電極として用いることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の内燃機関。 ６ 吸気系の燃料噴出口部分を導電体で形成して第１の
   電極とするか又は燃料噴出口から噴出する以前の燃料に
   接触する個所に第１の電極を設け、また吸気系の燃料噴
   出口の近傍に第１の電極と絶縁された加速電極を設け、
   また燃料室内の点火栓近傍に第２の電極を設け、加速電
   極及び第２の電極と第１の電極との間に電圧を印加し、
   かつ吸気系の燃料噴出口付近から燃焼室にいたる混合気
   通路及び燃焼室自体に上記第１の電極と同極性の電圧を
   印加することにより、第１の電極によって帯電させられ
   、かつ加速電極によって付勢された燃料粒子を第２の電
   極の発生する電界によって点火栓近傍に吸引して燃焼室
   内の点火栓近傍の混合気を局部的に濃厚にすると共に燃
   料粒子の混合気通路内壁への付着を防止したことを特徴
   とする内燃機関。 ７ 吸気系の燃料噴出部分を導電体で形成して第１の電
   極とするか又は燃料噴出口から噴出する以前の燃料に接
   触する個所に第１の電極を設け、また吸気系の燃料噴出
   口の近傍に第１の電極と絶縁された加速電極を設け、ま
   た燃焼室内の点火栓近傍に第２の電極を設け、加速電極
   及び第２の電極と第１の電極との間に電圧を印加し、第
   １の電極によって帯電させられ、かつ加速電極によって
   付勢された燃料粒子を第２の電極の発生する電界によっ
   て点火栓近傍に吸引することにより、燃焼室内の点火栓
   近傍の混合気を局部的に濃厚にし、かつ機関の動作特性
   に応じて出力電圧を変化させる制御回路を備え、上記の
   印加電圧を機関の動作特性に応じて変化させることを特
   徴とする内燃機関。 ８ 機関の回転速度に応じて上記印加電圧を変化させる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第７項記載の内燃機関
   。