JPS62501093A - 液体または気体燃料を内燃機関の燃焼室中で燃焼する方法および装置 - 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】 液体または気体燃料を内燃機関の燃 焼室中で燃焼する方法および装置 本発明は液体または気体燃料を内燃機関、殊に往復またはロータリーピストンエ ンジンの燃焼室中で空気または他の酸化剤の存在下に、水の使用により燃焼する 方法および装置に関する。

従来の内燃機関、殊に点火を適用した、自動車両および定置設備に用いるような 往復ピストンエンジンは約３０％の最大熱効率を有する。従って、燃焼室に供給 した燃料のエネルギー価の究極的に利用できるエネルギーに比較した割合は約３ ０％にすぎない。

タービン類、ロータリーピストンエンジンなどは同様の低度の効率に特徴がある 。

水および他の非燃料を燃焼室に導入することにより前記種類の内燃機関の効率を 高めることが一般に知られており、この関連において、３つの異なる種類の水の 添加、すなわち：（１）燃焼室中への水の直接噴射（例えばＩ）　Ｅ　−Ａ　− ３，４３２，７８７号またはＵ　Ｓ　−Ａ　−４，４０８，５７３号）、（２） 燃焼室の上流に配置された吸気路中への高湿度の蒸気または空気の導入（例えば Ｕ　Ｓ　−Ａ−４，４７９，９０７号またはＤＢ−Ａ−２，６０２，２８７号） 、および （３）燃料−水乳濁液の形成とその燃焼室中への導入（例えばＤ　Ｅ　−Ａ−３ ，２３６，２３３号またはＵＳ〜Δ−４，４１２，５１２号）が有利であると思 われている。

これらの公知のシステムはすべて１つまたはより以上の運転パラメーターに応答 して、通常内燃機関の回転数（例えばＵＳ−Ａ−４，１９１，１３４号）、吸込 路中に優勢な負圧（例えばＵＳ−Ａ−４，２４０，３８０号）、ノンキングまた はピンキングセンサー（例えばＵ　５−Ａ−４，４０６，２５５号）、排出ガス 圧（例えばＬ！５−Ａ−４，１９１，１３４号）および（または）吸込路中に優 勢な温度（ＥＰ−Ａ−０，，００９，７７９号）によって作動する。これらのシ ステムはすべて効率の多少の改善を与え同時に生態的に用傷を与える排出ガスの 放出を低下し、とりわけＣＯおよびＮｏＸを低下する。公知構造の効率の改良は 約１〜２％程度であり、これは全く驚意的である。さらに燃料消費を５０％まで 低下することができる（ＵＳ−Ａ　−４，４１９，９０７号）。

さらに効率を上昇させ、燃料消費を低下させるため、とりわけ、燃焼室中へ、燃 焼中の火炎前面の前面中の圧縮燃料−空気混合物の領域中、すなわち燃料−空気 混合物の点火後で最終ガスの自己発火前に、直接水を噴射することもまた提案さ れた（ＤＢ−Ａ−３，１３３，９３９号参照）。これは燃焼室中の温度を１８． ７：ｌまでの程度の高い圧縮比で「非制御」または臨界デトネーションまたは「 ノンキング」温度以下に確実に保つことを意図している。

上記の非常に多様な技術状態から出発して発明者は、内燃機関の最低速度でも、 さらに高い効率および約６０〜６５％までの燃料節約並びに有害物質の顕著な低 下において、殊に低オクタン燃料例えばレギュラーガソリンまたはオクタン価ｒ ＯＪの燃料例えばアセチレンなどを用いたときに極めて滑らかな燃焼を可能にす る初めにあげた種類の方法および装置を提供する問題の解決に努めた。

方法に関してこの問題は請求の範囲第１項、殊に後の請求の範囲の項に記載の方 法による特徴的手段により、また装置に関する限り請求の範囲第１３項、殊に後 の請求の範囲の項に記載の装置の特徴的態様により解決される。

本発明の核心は燃料／水／空気混合物のｔＡｍおよび燃焼室への導入にあり、同 時にそれを圧縮し、点火し、燃料／空気混合物の「初期または一次燃焼」が非制 御または臨界（ヘッド）温度Ｔｃ（ノッキング限界）のすぐ下の温度を生し、こ の燃焼が相応して進行する混合した水の「二次燃焼」を解除する。「−次サイク ル」および「二次サイクル」はＤ　Ｅ　−Ａ−３，１３３，９３９による解決法 とは対照的に、燃焼の各点で、換言すれば火炎前面の各位置で起る。

この刊行物から知られるシステムとは対照的に、本発明によれば「−火燃焼」は 燃焼室中の非制御または臨界温度付近を目標にし、水の相当する混合により制御 される。今日まで当業者はこのように内燃機関のノッキングまたはピンキングを 積極的に防ぐために燃焼室中の臨界温度から間隔を置いた最大可能温度で燃焼を 起させるように努力した。高オクタン燃料が自動車両用高圧縮内燃機関に使用さ れるけれども、それらは臨界負荷領域でのみ必要であり、他のエンジンはまたレ ギュラーガソリンで運転できたことはこの理由のためである。しかし、はとんど 任意の運転条件でデトネーションを防ぐ十分な信頼性は高オクタン燃料（プレミ アムガソリン）の使用により得られる。一方、本発明によれば、燃焼をすべての 運転条件においてデトネーション限界のすぐ下で起させ、燃焼室中のピーク温度 はすべての運転状態で水の制御された進入により非制御または臨界温度のすぐ下 に保たれる。従って、温度は燃焼室中で制御され、それは臨界温度の約１〜５％ 下である。

これは用いる燃料並びに臨界圧縮比または臨界圧力による。本発明によるシステ ム（方法および装置）の適用において、内燃機関はすべての運転状態または作業 条件においてデトネーション限界のすぐ下で運転することができ、２５：１まで の「実（ｒｅａｌｓＬｊｃ）圧縮比ρ（燃料／空気）が得られることが認められ た。

本発明の方法により、また本発明による装置の適用において、意外にも、アセチ レンのような高爆発性ガスを、より詳細に、自動車両用１２００ｃＪオースチン （Ａｕｓｔｉｎ）エンジンを用いて説明される態様に関連して後記するように、 半密閉燃焼室を存する内燃機関中で何ら困難なく！ｉ８焼することができる。

本発明による方法または本発明による装置を適用すると前記種類の従来の内燃機 関に比較して効率を７０％まで高めることができる。燃料消費は６５％まで低下 させることができる。またｃ。

およびＮ０８の放出は最低に低減される。内燃機関は、なかでもまた鉛を含まな いガソリンの燃焼に適する。しかし、上記値は、「−火燃焼」がデトネーション 温度のすぐ下で起るときのみ得ることができることを再び強調すべきである。従 って、燃焼のすべての位置で解除される「二次サイクル」が全体として進行する 「滑らかな」燃焼が得られるように「−次サイクル」を継続させる。いわば「二 次サイクルＪがノンキング限界のすぐ下で起る初期または一次燃焼の鎮静を生ず る。

燃料、空気または他の酸化剤および水が、本発明により意図される「二相」燃焼 を達成するために燃焼室に４人される前に激しく混合されることが非常に重要で ある。従って、燃焼が燃焼の各位置または場所に特定された状態で起ることが保 証される。この目的のため、好ましくは、一種の混合室が吸込路中に、通常設け られるスロットルフラップの前または上流に形成される。この混合室は、例えば −側を空気吸込口により、他側をスロットルフラップの上流に位置する吸込路の 絞り（ヘンチュリ一部）により規定することができる。この混合室中で、燃料、 空気および水の大きなかく乱がこの三成分の所望の均一混合を達成するために意 図される。

水の供給は好ましくは前記混合室中への噴射により、燃焼室中に優勢な温度に応 答して起り、水の噴射は臨界温度Ｔｃの約１〜５％下にある温度で行なわれる。

努力することは「−火燃焼」を全運転条件において臨界温度のすぐ下、できる限 り臨界温度の約１〜２％下で起させることである。水の噴射はそれにより計量し て送られる。

吸入路中の負圧の制御下に前記の混合室中へ水を追加導入する設備がなされ、前 記水の噴射がこの追加導入に重ねられる。吸入路中の負圧により生ずる水の導入 は「−火燃焼」を非臨界相の運転において臨界温度Ｔｃ近くにするのに十分であ る。

意外にもまた、高爆発性アセチレン（ｃ２１が本発明の方法により危険をもたら すことなく非常に低い消費で燃焼できることが認められた。１２００ｃＪオース チンエンジンを用いた試験運転において次の消費値が記録された： 運転時間　１０分 回転速度　１０００ｒ１０ ００ｒｐの消費　０．３５にｇ １１□０の消費　２．８Ｋｇ この試験中の水：アセチレンの比は８：１であった。またこの試験中の有害物質 の放出が最低であった。′Ｉ７！、焼室中で臨界温度のすぐ下の温度が燃料（ア セチレン）と空気との一次燃焼に対して維持された。試験中水噴射ポンプの送出 量は噴射段階中一定であった。もちろん、水噴射ポンプの送出量を燃焼室中で検 出された温度に応答して変動可能にすることが考えられる。燃焼室中の温度が臨 界温度に近ずくほど、水噴射ポンプの送出量を大きくすべきである。

同様に燃焼室の外部冷却の意義は下位ではない。この目的のため、他の温度セン サー（熱電対）が燃焼室を囲繞する水ジャケットに設けられ、冷却水ポンプに対 する；ｔｉｌ＋御装置に連結される。

本発明による方法は燃焼を２５＝１までの［実Ｊ圧縮比で行なうことを可能にし 、「実」圧縮比は燃料および酸化剤（空気）により単独に満たされる容積により 決定される。そのような高い「実」圧縮比は従来の内燃機関で可能ではない。

燃料／空気混合物に混合された水は一部は排出ガスから、公知の蒸発および凝縮 方法により回収できる（例えばＤＥ−Ｃ−３，１０２，０８８号またはＵ　Ｓ　 −Ａ−４，２７９，２２３号）。

もちろん、本発明によるシステムを適用するとき、他のエンジンパラメーターは 適宜適用しなければならない。特定的には、点火時期は上死点近くに配置し、同 時に上死点前および下死点後それぞれ人口弁をより早く開きまたより遅く閉じね ばならない。従って、燃焼室の良好な装入およびフラッシングを得るために「重 複」が増加される。

前記温度センサーのほかに、またいわゆるデトネーションまたはノンキングセン サーおよび（または）圧力センサーを、燃焼室中の圧力を検出し加圧水の噴射お よび（または）外部冷却剤ポンプを制御するために設けることができる。しかし 、デトネーションセンサーの使用自体は公知である。しかし実際には不正確であ り、燃焼に特定的でないことが証明された。とりわけ、検出センサーは、通常デ トネーションセンサーが応答するとき既にデトネーション限界に達し、または越 えているので、デトネーション限界近くに初期燃焼を制御することが可能でない 。

構造設計に関しては、複数の微細な孔を有する口金により実施された水ノズルま たはノズル類の構成が参照される。好ましくは水ノズル中の口金の孔は流れ方向 に向け、および（または）口金の半径線に関して傾けて流出水の噴流に乱れおよ び渦流を与え、同時にそれを蒸発させ、それにより燃料および空気との均一な混 合に寄与させる。さらに、ガイドノーズなどの形状でタービユレータ−を燃料ノ ズルおよび（または）水ノズル（Ｉ！ｌｉ）と関連させることができる。

アセチレンを燃料として使用すれば、少くとも１つの他の燃料入口がスロットル フラップの下流に、吸込路殊に吸込マニホールド中へ開口するように設けられる 。さらに、好ましくはまた熱交換器および（または）ガス圧力調整器が燃料入口 の上流に連結される。熱交換器は、ガスが吸込路またはその混合室中で膨張する ので、主にガスを予熱し膨張で生ずる温度降下を補償し、吸引領域中のアイシン グを防ぐ作用をする。

本発明による系を適用するとき、排出ガスはむしろ低温、少くとも従来の内燃機 関の排出ガスよりも実質的に低い温度を有することが認められた。このため、排 出ガス温度は熱電対または温度センサーの相当する設置により水の噴射に対する 他の重要な制御として利用することができる。

最後に、殊に臨界的な運転段階のために、水の噴射とスロットルフラップの制御 との結合、換言すれば水の噴射の温度応答制御の上に他の手動制御を重ねること を与えることができる。

本発明はさらに、アセチレンの燃焼およびレギュラーガソリンの燃焼をする内燃 機関の態様として図面を参照して説明され、図面中、 第１図はアセチレンを燃焼する内燃機関の線図的部分断面、線図的部分正面図で あり、 第２図はさらに液体低オクタン燃料、例えばレギュラーガソリンを燃焼する第１ 図の内燃機関を示し、第３図は運転パラメーターに応答する水の噴射の制御のブ ロック図であり、 第４ａ〜４０図は本発明により運転される往復ピストンエンジンの性能、トルク および消費線図であり、第５図は吸込路中に設けた「混合室」内の燃料および水 ノズルの設計および関連の線図的側面図であり、第６図は水の混合および燃料の 関数とした爆発反応の温度および圧力バラメーターの定性的経過を示す。

第１図は線図的部分正面図で、吸込を含む往復ピストンエンジンを示す。アセチ レンが燃料として役立つ。数字３０は入口導管３１、入口開口３２および入口弁 ３３を含むシリンダーヘッドを示す。吸込マニホルド２６を含む吸込路１１は入 口導管３１に連絡され、その自由横断面はスロトルフラップ２１により可変であ る。参照数字２８はエンジンブロック３４内のシリンダー室を示す、シリンダー 室２日中でピストン２９は従来の方法で上下に移動可能であり、連接棒３５によ り、図示されていないクランク軸に連結されている。シリンダー室２８は冷却水 ジャケット３６により囲繞される。冷却水ジャケット３６に対する供給は冷却水 ポンプ１０′により行なわれる。シリンダーヘッド中に同様に配置される出口弁 は大口弁３３の背後に位置するので第１図中には見られない。点火プラグ３７も またシリンダルヘッド中に大口弁と出口弁との間に配置される。この点まで、こ れは４サイクル内燃機関の従来の構造である。

内燃機関の第１図に示した態様の特徴は、一方では燃料としてアセチレンの使用 、他方では燃焼室１２中に導入する前の吸込路１１中の燃料／空気混合物に対す る水の混合にある。燃焼室１２は１側をシリンダーヘッド壁、他側をピストン底 により普通の方法で規定される。スロットルフラップ２１の前面または上流に、 １秒の混合室２２が吸込路１１中に形成され、エンジン端を絞りまたはベンチュ リー区画２３により規定される。燃料ノズル１５′および２つの水ノズル１３お よびＩ４がこの混合室２２巾へ開口している。空気濾過器２が、第１図に見られ るように混合室２２の上端、すなわちエンジンから遠い端、に配置され、燃焼空 気３７′は濾過器を通ってノズル１３．１４および１５′を越えて混合室２２中 へ流入するこよができる。示した態様の場合に、水導管３．４および燃料導管５ はそれぞれノズル１３．１４および１５’に導かれ、空気濾過器２を横方向に通 過する。そのほかは、これは内燃機関用の市販空気濾過器である。

他の燃料導管６は接線方向に延びる燃料入口２６を形成する吸込マニホルド２７ 中へ１１旧コする。この方法で追加の直接の燃料供給が入口導管３１に対して可 能である。これは燃焼室１２中のアセチレンの初期点火または一次燃焼を促進し 、その燃焼は次いで、なお詳細に説明される混合室２２の領域中の燃料、空気お よび水の均一混合によってＯｆｊ記のように一次燃焼または点火の各位置で混合 水の滑らかな二次燃焼を解除する。

２つの燃料導管５および６を通る燃料、すなわちアセチレン、の供給は供給管７ により供給される圧力調整器１により行なわれる。供給管７は燃焼させるアセチ レンを液体状態に保つアセチレン溜めに連通している。圧力ニ１１整器Ｉにはさ らに、クーラント回路と連結する熱交換器が含まれる。熱冷却水が熱水供給ライ ン８を通して熱交換器に送出される。熱交換器において熱は燃焼さ−Ｕ−るアセ チレンに消散される。そのように冷却された冷却水は（Ｊｆ出シライン９通って 冷却系に戻される。初めに液体であるアセチレンの加熱が、混合室２２中のアセ チレンの膨張および蒸発で生ずる温度降下の？ｉｎ　（Ｈおよびこの領域におけ るアイシングの防止に必要である。これは燃料入口２６の領域にも適用される。

水導管３および４はそれぞれ、図示されていない水溜めに連結され、水導管３に は水ポンプ１０が含まれ、それにより圧力下に水を混合室２２中へ噴射すること ができる。水導管４および関連する水ノズル１３による水の供給は吸込路１１中 または混合室２２中に優勢な負正に専ら応答して起り、スロ・ノトルフラノプ２ １により制御可能である。従ってノズル１３を通る水の供給は負荷に依存する。

導管３すなわち水ノズル１４を通る追加の水供給は、臨界温度Ｔｃ　（デトネー ション温度）のすぐ下の予定した燃焼室１２中の温度を越えるとポンプ１０が活 性化されるように温度制御される。好ましくはポンプ１０は臨界（デトネーショ ン）温度の約１〜５％下にある温度でスイ・ノチ入れされる。電気導線３８．３ ９によりポンプ１０の制御装置に連結された２つの熱電対１７．１８は燃焼室１ ２に関連してその温度を測定する。さらに、熱電対２０が冷却水ジャケット３Ｇ に連結され、その信号もまたポンプ１０の制御装置に結合させることができる。

しかし、熱電対２０は主に外部冷却水ポンプ１０’の制御に役立てる。冷却水は 熱電対２０に応答する冷却水ポンプ１０′により、より多くまたはより少く強力 循環される。これはエンジンの加熱を防ぐ意図である。それはデトネーション限 界のすぐ下の一次燃焼を目標とし、制御するのでこの場合に重要である。ポンプ １０の送出量は熱電対１７および１８により検出された燃焼室中の温度に応答し て可変であることができる。好ましくは熱電対１７は入口開口３２近くに配置さ れ、第２の熱電対１８は入口開口３２と点火プラグ３７との間に配置される。１ 次燃焼の温度は前記のように配置した熱電対により検出された温度を比較するこ とにより商い精度で測定することができ、燃料および水！射の相応する制御ｎに より９ｎ界（ブト不一ション）温度Ｔｃ近くにすることができる。

前記のように、燃焼室１２中へ導入する前の燃料、水および空気の均一な混合が 目標とする二重サイクル燃焼に非常に重要である。この目的のために水および燃 料は向流的に混合室２２中へ噴射され、換言すれば水の噴射と燃料の噴射とが反 対方向に行なわれる。吸込まれた空気並びに吸込まれおよび（または）噴射され た水中へ燃料を向けるならば殊に良好な混合が得られる。この点に関して殊に第 ５図が参照される。同図は燃料が空気人口３７に向け、上向きに燃料ノズル１５ ′から流出するように上向きに曲げられた燃料ノズル１５′が示されている。さ らに、燃料出口は下向きの水ノズル１３．１４の若干下方にある。吸込路ＩＩの 混合領域２２中のこの配列は燃料、空気および水の均一な混合物を生ずる。混合 を強調するために、導入される水は流出とともに微粒化される。このため、水ノ ズル１３．１４にはそれぞれ水が流出できる微孔２４を有する口金２５が含まれ る。７Ｌ２４は好ましくは流れの方向に下向きに傾斜される。さらにそれらを半 径線に関して傾斜させ、水ノズル１３．１４および口金２５のそれぞれの縦軸の 周りに追加の；回転運動を流出水滴に与えることができる。

水滴に与える回転運動は、例えば第５図に矢印４０．４１により示されるように 同一または反対方向であることができる。

燃料ノズル１５′から流出する燃料が広がり燃料錐面を形成する手段を与えるこ ともまた可能である。同様にこの手段は前記成分の微細な分布および均一な混合 に寄与する。

混合空間２２中へ突・出するノーズまた″はパンフルの形状を有するタービユレ ータ−もまた混合室２２中に設けることができる。

この方法で混合される成分はヘンチュリー区画２３を通って入口導管３１へ去る 前に混合空間２２中で持合うように思われる。

この方法で駆動するエンジンは非常に滑らかに、または非常に正確な回転で作動 し、そのように約２５０ｒｐ−の回転速度まで低下する。有害物質の最低の放出 が生ずる。排出ガス温度は比較的低い。水＝ｖＡ料の消費比は約２；１以上であ る。とりわけ、これはまた用いるエンジンの他の設計データによる。

アセチレンを供給する内燃機関は殊に定置目的（非常用動力装置および小動力設 備）に十分に適する。アセチレンは容易に入手でき、それは例えば炭化カルシウ ムから放出させることができる。

さらにアセチレン自体を燃料として使用することは長い間、例えはいわゆるカー バイドランプとして知られてきた。その場合、アセチレンは雰囲気酸素で燃焼さ れ、−酸化炭素または二酸化炭素を生ずる。今日アセチレンは第１位にポリ塩化 ビニル（ＰＶＣ）を生ずる重合に使用される。しかし今日まで、内燃機関の運転 、とりわけノンキングまたはピンキングなくそのようなエンジンの運転に用いる 装置および方法は従来技術で示唆されなかった。内燃機関、殊に従来の自動車両 エンジンをアセチレンで、機能的に安全に運転する具体的記述は従来技術に存在 しない。しかもアセチレンはその製造用原料が、特に限定される地理的または政 治的領域に対する排他的制限なく十分な量でほとんどすべての場所で人手できる 利点を有する。

従っ゛て、豊富な出発物質、石灰、炭素、水および塩が存在する。

例えば石灰は石灰石採石場または石灰内における石灰石から地球の外殻の非常に 実質的な成分部分として、白亜から、海または内陸水から回収することができる 。同様に炭素およびコークスは前記目的に十分な量で入手できる。水および塩は 同様に実際上無制限な量で入手できる。アセチレンの製造は、アセチレンが既に 他の目的、例えば溶接および切断プロセスのために、または前記のようにプラス チック材料または合成ゴムの重要な基礎物質として、また肥料並びに防虫剤およ び殺虫剤の工業生産のために、多量に工業的に製造されているのでもはや特定の 開発を必要としない。

他の利点は空気の存在下のアセチレンの燃焼が煤の形成なく起ることである。本 発明に、よるシステムは従って、環境に非常に有利なことを示す。アセチルシン の高い爆発性にもかかわらず本発明によって爆発限界の方向へ向かわせることば 意外である。この関係において、本発明は邪道に専くようにみえるが、しかしそ の試験により高い機能的安全性を有し、従って危険がないこぶが証明された。

第２図は本発明による装置に組合せてガソリンを供給する往復ピストンエンジン の線・図である。混合室２２のＲＩＴＥにおける塩ｎ導入を別として第２図、に よるこの態様は第１図に示されるものに一敗する。従って！（Ｉ！の部分は同じ 参照数字により示されている。

既に第１図に関して記載した特徴の詳細な説明は省略することができる。

液体燃料、すなわち低オクタンガソリン、例えばレギュラーガソリンなど、は混 合室２２の領域に上向きの燃料ノズル１５を通して、換言すれば吸入された空気 ３７に向けて導入される。燃料ノズル１５は燃料導管５′によりガソリンポンプ ４２に連結されている。ポンプは市販・のカム制御膜ポンプ（カム軸４３）であ る。

図示されていないタンクとガソリンポンプ４２との間の連絡は供給管７′を通し て達成される。第１図に示したＢ様と同様に、燃料ノズル１５の孔は噴射された 燃料、水および空気の均一な混合が得られるように水ノズル１３．１４の下方に 配置される。

第１図による態様の全システム（試験台）は第３図に示すブロック図を参照した 対照表の形態で与えられ、第３図中の矢印はシステムの個々の要素間の情報また は連結の流れ方向を示し、参照数字はシステムの次の要素を示す： ５１　発生器 ５２　燃料タンク圧力計 ５３　進入弁 ５４　安全弁 ５５　燃料用減圧弁 ５６　減圧弁の圧力計 ５７　アセチレン供給用電動弁 ５８　制御群 ５９　始動用電動弁 ６０　動作流制御 ６１　最低直接法制御／噴射 ６２　動作流絞り装置 ６３　空気濾過器 ６４　空気′ｌＲ量絞り装置 ６５　混合室 ６６　安全装置 ６７　混合器−気化器用ゲージ付管路 ６８　予噴射ノズル ６９　吸込マニホルド ７０　エンジン ７１　クーラントタンク ７２　真空制御水供給用管路 ７３　温度制御水供給用管路 ７４　噴射装置 ７５　噴射装置 ７６　噴射ポンプ ７７　ポンプサーモスタット ７８　ブレーキに対する速度ギヤおよび二段クラッチ ７９　流体式（ｈｙｄｒｏｄνｎａｍｏｍｅｔｒｉｃ）ブレーキ制？’ｆＵ装置 系装置 ８０　’ａ体式ブレーキ ８１　タービンのレベル制御３１１川主弁および負荷送イ３系 ８２　動力出力の測定区画　□ ８３　外部゛エンジン冷却水タンク ８４　外部水冷却用ポンプ ８５　ポンプサーモスタット ８６　放熱器 ８７　排出マニホルドおよび排出ガス（ＩＪＦ−出）管 ８８　ガスクロマトグラフへの排出ガスの受入用管路および排出弁 ８９　ガスクロマトグラフ ９０　真空計（ｖａｃｕｏｍｅ　ｔｅｒ）９１　吸込マニホルド用温度計 ９２　圧縮行程用圧力制御 ９３　油圧制御 ９４　油圧計 ９５　点火進角時期（ｉｇｎｉｔｉｏｎ　ａｊｖａｎｃｅｔｉｎｎｉｎｇ）用真 空制御 ９６　電子式速度計 ９７　デトネーション（ノンキング）センサー９８　水温度肝 ９９　油温度針 １００　排出マニホルドの温度計 １０１　制御、測定および送信用配電盤１０２　制御群の（熱）交換器用循環ポ ンプ１０３　ポンプサーモスタット １０４　燃料熱交換器への熱水供給用配管１０５　インターフェース類 １０６　自動燃焼制御用装置 （ａ）圧縮行程のための圧力調整器の送信（ｂ）油圧力調整器のための送信 （ｃ）アセチレン供給用電動弁の励起のための送信（ｄ）温度制御水噴射用サー モスタットの送信（ｅ）冷却水ポンプ（外部エンジン冷却）のスイッチ入れのた めの送信 （ｆ）圧力制御群の熱交換器の循環ポンプの作動のための送信。

混合室２２中への水の噴射が、燃焼室１２中の温度上界または温度降下のそれぞ れに応答してなされねばならないことをいま一度強調すべきである。さらに手動 水噴射を運転の臨界段階のために（例えば自動車両における最低速度中の突然の 負荷上昇中）与えることができる。

自動車両のための従来のガソリンエンジンが、次にアセチレンを燃焼させるため 第１図に従って改変したエンジンと比較される。

製作　・　イノセンチ（Ｉｎｎｏｃｅｎ　Ｌ　ｉ）モデル　°　３＾ｕ／Ｈ サイクル　：　４行程 シリンダー　・：　４ 内径　７　６２．９ｎｍ 行程　：　７９．２ｍｆｆ１ ピストン排気量：　９４８ｃｒｌ 圧縮比　・　ａ、３：１ 最大出力（４８００ｒｐｍ）　・５８．５　ｋＷ最大トルク（２２０Ｏｒｐｍ） 　：　７０　Ｎｍ点火　１２ボルト電池 点火コイル 点火分配器 点火進角（ｉｇｎｉｔｉｏｎ　ａｄｖａｎｃｅ）　：遠心力により自動的弁制御 　・　ロッカーアーム制御題弁 大口弁　上死点（ＯＴ）前５°開放、 下死点（ＵＴ）後１０’閉鎖 出口弁　ＵＴ前４０’開放、ＯＴ後１０°閉鎖燃料　；　ガソリン９　Ｂ　／　 １０　ＯＮ、Ｏ，Ｒ，Ｍ。

機械膜ポンプによ・り送出 水冷却　：　サーモスタットシステム 全負荷における比最低消費：ガソリン３２０ｇ毎ｋＷｈ前記エンジンを次のよう にアセチレンの燃焼に改変したニー非線形真空進角（ｎｏｎ−１ｉｎｅａｒ　ｖ ａｃｕｕｍ　ａｎｇｌｅ　ｏｆ　ａｄｖａｎｃｅ）中への点火進角の低下〔遠心 力進角（ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ　ｆｏｒｃｅ　ａｎｇｌｅ　ｏｆａｄｖａｎｃ ｅ　）の変化〕、静過早点火（ｓｔａｔｉｃ　ｐｒｅｉｇｎｉｔｉｏｎ）は一定 に保たれる。

一下記入口および出口弁の調整： ａ）大口弁はＯＴ前１５°開放、ＵＴ後５５°閉鎖、ｂ）出口弁はＵＴ前４０’ 開放、ＯＴ後ｉｏ’閉鎖、−吸込路中に真空および温度制御水噴射（前記説明参 照）。

−追加温度制御外部水冷却。

研究において、水の消費とアセチレンの消費との間の比が約２；ｌ〜７：ｌにあ ることが示された。エンジンの効率は７０％まで上昇させることができた。有毒 物質の最低の放出かあ、つた。排出ガスは単に最小量のＣＯを含有した。これは 窒素酸化物Ｎｏ。

に適用される。

さらに、運転特性の経過（性能、トルクおよび消費）が従来の内燃機関のそれに 相応することが示された。この関係で第４ａ〜４ｃ図が参照される。エンジンは 約２５０ｒｐｍにすぎない回転速度でも極めて滑らかに、または最高に正確な回 転で作動した。

ガソリン供給による研究は平均で水：ガソリン（レギュラーガソリン）：空気の 比が０．５：１：２０であることを示した。

吸込路中へ導入された水は室温である。しかし、好ましくは約６５°Ｃに予熱さ れる。これは冷却水系との熱交換により、または排出ガスから回収した水の混合 により行なうことができる。

最後に、本発明は技術状態との比較により次のように示される：燃焼室の内部に 水を噴射することによりシリンダーの内部における燃焼効率を高め、および点火 進角、自然燃焼および装入物のデトネーションのような異常燃焼過程を排除また は一部低減し、反応性環境を冷却し、同時に前記異常効果を決定する原因を排除 または低下させることが知られている。とにかく、内燃機関の燃焼室の内部中へ の水の噴射の実際の結果は（現在のエンジンの実施状態で）システムの包括的燃 焼、従って熱機関の効率（小改良）と放出される燃焼生成物中の有害成分の低下 （同様に中位）とを組合せた多少の改良である。

これらのＩＬｉ定的紀果ｌよ、とりわけ噴射される水の流量の＋ｂｌＪσ１；お よびその口中ノー速度および燃料／酸素担体のＡ１量比に応答する連続的変更に 包含され、関連する；１．す御の精巧な問題を解決するために必要である複雑な 技しト？支出に比較すると実際にわずかの効果である。

換言すれば、燃料／酸素担体の装入に比較した水の有効（質量）■を見れば吸熱 エンジンの燃焼室中へ水を噴射する原理は決して、これが前記初めの２つ（燃料 ／空気）に匹敵する量で補助流体を噴射する真の噴射プロセスであることを示唆 しない。むしろ、心に浮かぶものはすべて全混合物の小比率を示す液体粒子の噴 射である。導入された種々の噴射系が一方で若干の利点を与えるとしても、これ らの利点は多くの場合に複雑で、低い信＊ｆＩ性が認められる許容される制御を 達成するためにそれらが構ａおよび系の供給における実質的改変を含むので、必 要な支出をするに値しない。

それらのすべての結果そのような噴射の原理はなお、精々、既に段れた性能に特 徴があるエンジンに対し、単に複雑で非常に高価な技術に頼ることによって余儀 なく実施するのに適合させる単なる特定の選択にすぎない。これは殊に真に達成 される実際の利点を考１徴すれば明らかである。

提案された水噴射システムはすべて事実上少量の水（混合物の全量に比較して） を吸込弁の前または後で燃焼室に直接導入する１爪理に基くこきが明らかである ので、次のように申立てるこよができよう： （１）今日まで普遍的に実現された原理とは明らかに対照的に、特許による保護 は「吸熱エンジンの燃焼室の内部に生ずる蒸気サイクル」を実施する概念に対し てめられる。

（２）第２流体と称される利用可能な（生成される）蒸気の里が一次流体き称さ れる活性装入物の燃焼に必要な燃焼空気の質量に比較できる質量ををする熱力学 サイクル、（：３）反応の時間における１つの同一時点において２つの活性流体 ：蒸気（添加の水により生じた）および燃焼ガス（−次流体の燃焼により生じた ）、これらは同程度の大きさの比率で利用される、が実際に存在する熱力学→ノ ′イクル。

公知の噴射システムおよび技術は非常に少量（空気の質量の数％）の質量の水の 噴射を与え、従来のものより多少高い効果を生ずる。これらの効率の値は噴射し た水の百分率量に直接関連した状態にない。

公知のものとは明らかに対照的に、発明者により提案される熱力学→ノ゛イクル は、噴射され、圧縮された装入物（気化器の吸込弁またはスロットルフラップの 上方にＦＪ、ｌＩ製された）の温度、圧力および体積の特定熱物理条件を吸熱エ ンジンの燃焼室中に発生させ、ｉｆ、！Ｉ御された爆発を達成し噴射された水の 質量用量が反応を平衡に保って固有のエンタルピー含量を、他の方法では有用で ない（または装入物中へ噴射され均一化された水２の交換がなければ回復できな いで失なわれる）エネルギー（意図爆発運転中に発生された）の利用により非常 に増大させなければ行なうことができない。

水の用量が大きいほど、空気／燃料混合物の燃焼が強く、激しく、赤々と燃える ことは上記からＩ！１１解される。最終分析によれば、エンジンの作動サイクル の生成物（エンジンの一次流体）だけでなく多量の非常に高いエネルギー含量の 過熱水蒸気または蒸気を利用できる。

従って、噴射された水により果たされる役割は今日までに知られた、すなわら異 常燃焼に基く温度ピークの回ａ（！：同一ではない。

むしろ、そしてエンジンの構造の既知かつ容認されたすべての規則とは対照的に 、非常に多量のエネルギーを吸収することにより（そうでないと有用でない）爆 発反応（適当な方法で点化された）に参加し、そのエンタルピー含量を増加し、 それを膨張中に連続的に消散させることは装入物中に乳化された水の機能である 。

従って発明者にとって、燃焼は異常になり、圧力、温度および臨界体積条件が存 在′しないときに水は燃焼の抑制剤として機能しよう。

新規な原理はまた、爆発性生成物を吸熱エンジンの燃焼室中へ噴射するために（ 意図的に）用いることをだれも考えなかったので以前の解決法とは異なる。

さらに発明者は提案した着悲を正確に用いるシステムを強いて実施し、爆発反応 中に非常に不安定で容易に分解することが知られた化合物、すなわちｃｇｎ□、 の挙動を研究した。

そのような反応単独の解除により−これまで思いもよらない−「激しい燃焼」か ら、導入した第二流体（水）中へ伝達するとそれを発生させた燃料／空気混合物 とパーセントで示して匹敵する量の蒸気を与える量のそのエネルギーを取出すこ とが可能になる。

パラメーターが今日普通のエンジン実施の値をはるかに越えるシステムによるこ の概念の実施は非常に肯定的であり、また試験台でなされたシステムの全体の効 率の測定に関して証明された。

特性曲線の測定は従来の特性に完全に一致する経過を示し、効率の値は平均で、 ガソリン９８〜１０　ＯＮ、Ｏ，を用いた従来の運転より１５ドツト高く、すな わち生した効率は３７〜４０％である。

ここに示唆し、アセチレンを用いて発明者により広範囲に実験的に研究された解 決法の原理はまた、任意の他の試験燃料に、アセチレンの圧縮から生ずるものに 匹敵する爆発不安定性の特有条件が燃焼中に生ずれば、適用されることを意味す る。

爆発的運転に近ずくほど蒸気量は燃料質量より一層支配的になる。この種の反応 は水の存在しないとき制御できないので不可能であり、真正の多連鎖爆発を生じ 、反応温度力＜　Ｅ’界湯温度以上上り・従ってエンジンを構成する材料に容認 できなし）高さになることが明らかである。

第６図は空気／燃料装入物中に乳化した水の流速（Ｇ１１□０）の関数として爆 発反応の熱および圧力バラメーターの定性的経過を示す。特性は試験燃料の種類 （燃料ａ、ｂ、ｃ、ｄなど）に対して引くことができる。

これは臨界値ＴｃおよびＰｃが噴射された水のＣＩｌ□Ｏの流量で一定構造特性 （爆発挙動）を有する燃料（ａ）に対して達成されることを意味する。この流量 は設計値ＴｃおよびＰｃが一定であれば燃料（ｂ）には不十分であることを証明 できよう。一方、新設計値ＰｃおよびＴｃが示した燃料（ｄ）を用いたときに達 成すべきであれば必要な断流量Ｇ′１ｌｚＯであろう。

これはさらに事例毎に燃焼反応を調整および制御するエンジンの基本パラメータ ーに影響を与えることにより、予め定めた設計値ＴｃおよびＰｃ　（それらは試 験燃料の爆発挙動の関数である）を達成する可能性を与える。

前記エンジンの基本パラメーターに関する介入は、それぞれの試験燃料の「爆発 特性」が低いほど劇的であるに違いない。これはそれぞれの燃料が単に低い爆発 能力を有しても常に各場合に爆発の限界における「刺激条件」を与えるために必 要である。

例えは、燃料の爆発的に反応する能力を分類のパラメーターとして利用すれば（ さし当りニトログリセリンを度外視する）、アセチレンが実際に第１位を占める ことができ、一方普通のガソリン（９８〜１’　ＯＯＮ、Ｏ，）は最後の位置を 得ると想定して始めることができる。このため発明者は種々の燃料が「中間」に 存在し、エンジンの吸？！１．蒸気サイクルの実施に試験試料として使用できる という見解を有する。

これはいま一度、他人により行なわれた今日の技術状態と比較して、提案し強い て実施する原理の新規性および異なる特性を示す。従来技術は実際に高級または 市販少然料を使った異なる方法を実施する傾向がある。

燃焼の効率および情況に直接または間接的彩りを有するエンジンパラメーターの 意義はここに詳細に扱わない。単にその多くの説明が存在すること、およびそれ らがそれぞれの技術分野の科学刊行物に詳記されていることを指摘する。それら はどんな場合でもエンジン装置の構造、技術および機能特性と結び付く。ここに 示した原理は任意種類の燃料だけでなく、または任意種類の熱動力エンジンに拡 張することができる。

上記から、例えばタービンの設備でバーナーの内部における燃料により非常に高 効率の熱力学サイクルを生成させ、酸素担体として役立つ空気に比較しうるかな りの量の過熱蒸気を生成することが可能であることが理解される。この水蒸気は 次いでタービン中で膨張する。前記のように行なえば従来のカスタービン装置よ りはるかに高い総効率の値が得られる。

従って、ガスの燃焼以外に、非常に高いエンタルピー含量の蒸気を生成させ、同 時にエネルギー製造設備（過熱装置、バーナー、過熱器、熱交換器、凝縮器など ）に典型的で必要な種々の従来の装置において生ずる損失を劇的に低下させるこ とができる。

明細書に開示した特徴はすべて、それが技術状態に関して、個々にまたは組合せ て新規である範囲まで本発明の本質として請求される。

ＦＩＧ、５ ＦＩＧ、２ 国際調査報告 、−＋ｊＡｊｌ＋　Ｍ＋　ＰＣＴ／ＥＰＩ＋５７００２１１２λＮＮＥＸ　Ｔｏ 　’Ａε＝　ＩＮＴ’：ＲＮＡＴｌ０ＮＡＬ　５ＥＡＲＣＨＲＥ？ＯＲＴ　ＯＮ

Claims (27)

【特許請求の範囲】
1. １．内燃機関、殊に往復またはロータリーピストンエンジンの燃焼中で空気また は他の酸化剤の存在下に水の使用により液体または気体燃料を燃焼する方法てあ って、１またはより以上の選定段階中、殊に全運転中、燃焼室中へ導入する前に 燃料を空気および運転に依存する量の水と激しく混合し、この混合物を燃焼室に 導入し、そこでそれを圧縮し、同時に点火し、臨界「デトネーション」温度（Ｔ ｃ）一ノッキング限界一のすぐ下で燃料と空気の連続「一次燃焼」を起させ、そ の燃焼が混合した水の相応して進行する「二次燃焼」を解除することを特徴とす る方法。
2. ２．燃料および空気との強力混合のため水を微細に蒸発させて供給することを特 徴とする、請求の範囲第１項記載の方法。
3. ３．水を内燃機関の吸込領域に、導入される燃料に向流に供給し、好ましくは圧 力下に噴射し、実質的に均一な燃焼／空気／水の混合物を形成させることを特徴 とする、請求の範囲第１項または第２項記載の方法。
4. ４．燃焼が低オクタン燃料、例えばレギュラーガソリンなど、の使用により行な われることを特徴とする、請求の範囲第１項〜〜第３項のいずれか一項に記載の 方法。
5. ５．燃焼が、燃料としてアセチレン（Ｃ２Ｈ２）の使用により行なわれることを 特徴とする請求の範囲第１項〜第４項のいずれか一項に記載の方法。
6. ６．水が内燃機関の吸込領域中に作用する負荷応答負圧により吸引され、および （または）燃焼室中の優勢な温度（燃焼温度）に依存する圧力下に噴射されるこ とを特徴とする請求の範囲第１項〜第５項のいずれか一項に記載の方法。
7. ７．圧力下の水噴射が、常に燃焼温度が「一次燃焼」の臨界温度（Ｔｃ）に接近 すると起り、水の供給または噴射が、燃焼温度が臨界温度（Ｔｃ）の約１〜５％ 下にある予定低温限界の下に降下すると再び中断されることを特徴とする請求の 範囲第６項記載の方法。
8. ８．気体燃料、殊にアセチレン、を用いるとき、後者が燃料／空気／水の混合領 域中へ導入される前に予熱されることを特徴とする請求の範囲第１項〜第７項の いずれか一項、殊に第５項、に記載の方法。
9. ９．燃料／空気／水の強力混合のために、これら三成分を「準密閉」混合領域中 へ導入するときおよびその中で、激しく旋回させることを特徴とする請求の範囲 第１項〜第８項のいずれか一項に記載の方法。
10. １０．燃焼が２５：１までの「実」圧縮比で行なわれることを特徴とする請求の 範囲第１項〜第９項のいずれか一項に記載の方法。
11. １１．燃料／空気混合物に混合される水が少くとも一部排出がスから凝縮された 水であることを特徴とする請求の範囲第１項〜第１０項のいずれか一項に記載の 方法。
12. １２．適用される点火を用いるとき、点火時期が上死点（ＯＴ）近くに変位され 、同時に上死点前および下死点（ＵＴ）後にそれぞれ入口弁が早期開放および遅 延閉鎖されることを特徴とする請求の範囲第５項〜第１１項のいずれか一項に記 載の方法。
13. １３．燃焼室（１２）の上流に配置された吸込路（１１）中へ計量導入する装置 、殊に請求の範囲第１項〜第１２項のいずれか一項に記載の方法を行なうために 内燃機関の少くとも１つの運転パラメーターに応答して送出量を制御できるポン プ（１０）を含む計量装置、を含む内燃機関殊に往復またはロータリーピストン エンジンの燃焼室（１２）中で空気または他の酸化剤の存在下に液体または気体 燃料を燃焼する装置であって、ポンプ（１０）が燃焼室（１２）中に起る燃料と 空気の「一次燃焼」の結果生ずる温度によって制御され、この温度が臨界「デト ネーション」温度（Ｔｃ）−ノッキング限界−のすぐ下の値、殊に臨界温度（Ｔ ｃ）より約１〜５％下にある値、に上昇するとスイッチ入れされるように適応さ れることを特徴とする燃焼装置。
14. １４．吸込路（１１）中の負圧に応答しかつ吸込路中へ開口するノズル（１３） を通る水の導入がポンプ（１０）による水の制御導入に加えて与えられることを 特徴とする請求の範囲第１３項記載の装置。
15. １５．ポンプ（１０）に関連する制御装置が燃焼室（１２）中へ突出する少くと も１つの熱電対〔センサー（１７）および（または）１８〕あるいは燃焼室（１ ２）を規定する壁「シリンダーヘッド（１６）〕中に配置され燃焼室（１２）の 方へ向けたものと連結〔電気導線（３８）、（３９）〕されることを特徴とする 請求の範囲第１３項または第１４項記載の装置。
16. １６．ポンプ（１０）またはその制御装置が外部冷却水の温度を燃焼室（１２） に近い近縁において測定可能である他の熱電対〔温度センサー（２０）〕に連結 され、それにより燃焼室（１２）に直接連結された熱電対（１７、１８）ととも に実一次燃焼温度を計算してポンプ（１０）に適応し、臨界第一デトネーション 温度（Ｔｃ）のすぐ下にある低温度限界より上方に一次燃焼温度が上昇するとス イッチオンされるようにポンプ（１０）が制御されることを特徴とする請求の範 囲第１３項〜第１５項のいずれか一項に記載の装置。
17. １７．燃料、空気および水を強力に混合する準閉鎖混合室（２２）が吸込路（１ １）中に、通常そこに設けられるスロットルフラップ（２１）の前面または上流 に配置され、燃料、空気および水を相互に関して、殊に対向方向に向けた燃料（ １５、１５′）および水ノズル（１３、１４）により、向流でその中へ導入する のに適応させることを特徴とする請求の範囲第１３項〜第１６項のいずれか一項 に記載の装置。
18. １８．混合室（２２）が空気濾過器（２）とスロットルフラップ（２１）の上流 に配置した吸込路（１１）のべンチュリー区画（２３）との間に配置されること を特徴とする請求の範囲第１７項記載の装置。
19. １９．水ノズル〔（１３）および（または）（１４）〕が複数の微細孔（２４） を包含する口金（２５）を含むことを特徴とする請求の範囲第１３項〜第１８項 のいずれか一項に記載の装置。
20. ２０．口金（２５）中の孔（２４）が流れの方向および（または）口金（２５） のそれぞれの半径線に関して傾斜する方向に向けられることを特徴とする請求の 範囲第１９項記載の装置。
21. ２１．タービュレーターを殊に吸込路（１１）中へ突出するノーズ、スクリーン 、そらせ板などの形態で、燃料ノズル（１５、１５′）および（または）水ノズ ル（１３、１４）に関連させることを特徴とする請求の範囲第１９項または第２ ０項記載の装置。
22. ２２．燃焼性ガス、殊にアセチレン、を燃料として用いるとき、少くとも１つの 他の燃料入口（２６）がスロットルフラップ（２１）の下流の吸込路（吸込マニ ホルド２７）中へ開口することを特徴とする請求の範囲第１３項〜第２１項のい ずれか一項に記載の装置。
23. ２３．熱交換器および（または）ガス圧力調整器（１）が燃料入口（１５′、２ ６）の上流に連結されることを特徴とする請求の範囲第２２項記載の装置。
24. ２４．ポンプ（１０）がさらにノッキングまたはデトネーションセンサーにより 制御されることを特徴とする請求の範囲第１３項〜第２３項のいずれか一項に記 載の装置。
25. ２５．ポンプ（１０）かさらに排出ガスの温度を検出する熱電対（温度センサー ）により制御可能であることを特徴とする請求の範囲第１３項〜第２４項のいず れか一項に記載の装置。
26. ２６．ポンプ（１０）を活性化させるために適応される圧力センサーが燃焼室（ １２）に連結され、ポンプ（１０）が燃焼室（１２）中の臨界「デトネーション 」圧力（Ｐｃ）のすぐ下にある予め定めた圧力を越えるとスイッチ入れされるよ うに適応されることを特徴とする請求の範囲第１３項〜第２５項のいずれか一項 に記載の装置。
27. ２７．さらに、スロットルフラップ（２１）の前面または上流中へスロットルフ ラップ（２１）の制御に応答して別の水ノズルを通して導入させるように水を適 応させることを特徴とする請求の範囲第１３項〜第２６項のいずれか一項に記載 の装置。