内燃機関によるエマルジョン燃料の燃焼方法
【課題】 石油燃料と水とのエマルジョン燃料を高燃焼性を以って且石油燃料の著しい低減化と排気ガスの削減を可能とする、内燃機関によるエマルジョン燃料の燃焼方法を提供する。
【課題手段】 インジェクターのニードルバルブ下部位に、円筒形の外包体の内部に適宜間隙を以って噴霧される石油及び水を衝突、撹乱、破砕させ微細化と相互を均等分散混合させる膨大数の微細化分散混合突部が形成された保持板が所要の間隙を以って積層された微細化分散混合モジュールが配設されたインジェクターでエマルジョン燃料を燃焼する。
【課題手段】 インジェクターのニードルバルブ下部位に、円筒形の外包体の内部に適宜間隙を以って噴霧される石油及び水を衝突、撹乱、破砕させ微細化と相互を均等分散混合させる膨大数の微細化分散混合突部が形成された保持板が所要の間隙を以って積層された微細化分散混合モジュールが配設されたインジェクターでエマルジョン燃料を燃焼する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は石油資源の保護及び石油燃焼に伴い排出される排気ガスによる環境汚染の防止効果の高いエマルジョン燃料を、内燃機関で安全且高い燃焼性を以って燃焼させる燃焼方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
経済発展には同時の車社会の発展も意味するものであって、既に先進諸国の経済発展と車社会の発展とも相俟って、産業活動のための石油類の消費はもとより、自動車燃料としても莫大な石油が消費されてきており、石油資源の枯渇化が早くから危惧されているばかりか、他方においてはその燃焼に伴い排出された膨大な排気ガスにより各地での健康被害の頻発はもとより、地球規模での温暖化の急激な拡大とこれに伴う異常気象により世界各地で未曾有の災害が発生している。
加えて考慮すべきは、これら石油資源の枯渇化や健康被害の頻発或いは環境破壊が先進諸国によりもたらされたものであって、今後はこれら先進諸国より広大な発展途上国の経済発展に伴う膨大量の石油資源の消費が予想される。
【０００３】
かかる状況に鑑み、現状において膨大な石油を消費する自動車業界においては、石油類の消費低減による石油資源の保護と、且燃焼による排気ガスの削減化による環境保全への対処策として、低燃費低公害エンジンを積極的に開発上市しているものであって、これら低燃費低公害エンジンの中でも極めて有効な技術として、シリンダー前部に燃料を電子制御を以って短時間にバルブを開閉し、所要の燃料を高圧微噴霧状を以って適量に噴入させるインジェクターの利用が急速に普及している。そしてかかるインジェクターにより従来のキャブレーターによる空燃比１：１５から、実に１：４０〜５０の希薄燃料での走行も可能となり、当然に石油消費の低減化と且排気ガスの削減化にも大きく寄与している。
【０００４】
而しながら、前述の如く今後は先進諸国に加えて更に広大な発展途上国の経済拡大化や自動車社会化とが加重されるため、石油消費量は急激に増大化されることから、かかるインジェクターによる石油消費の低減化と且排気ガスの削減化程度では、石油資源の保護や環境保全の目的も到底実現されない。
発明者等はかかる実情に鑑み鋭意研究を重ねた結果、石油資源の保護には石油燃料において石油成分を大幅に低減させても十分な燃焼性を発揮しえ、且併せて排気ガスの排出の少ない新たな石油燃料の開発が要請されるもので、かかる要請に対処できる石油燃料としてエマルジョン燃料が紹介されている。
【０００５】
このエマルジョン燃料はガソリンを初め軽油や重油等の石油に対して、略２０乃至５０容量％割合の水を分散混合させて、燃焼エネルギーを保持させつつ燃焼させ、併せて排気ガスの大幅な排出削減も可能となすものであるが、該エマルジョン燃料において多量の水が分散混合されても燃焼性を保持する根拠としては、石油＋水（水蒸気）＋熱＝水素（Ｈ２）＋一酸化炭素（ＣＯ）のメカニズムとして考えられ、また混合される水が燃焼時の発火点を下げるまでに至らぬ場合の例では、木炭（Ｃ）＋水（Ｈ２Ｏ）＝ＣＯ＋Ｈ２のメカニズムと考えられ、前者を水蒸気改質反応及び後者を水性ガス反応として燃焼性の論拠とされている。
【０００６】
そこで発明者等はエマルジョン燃料の実用使用面について検討してみるに、特開２００４−１７７０９６号として石油や廃油５０に水を５０と且乳化剤を０．３の割合で乳化混合させたうえ、燃料霧化のうえ保炎器のバーナーによって燃焼しえることが開示されてなるものの、実態はボイラー等の熱エネルギー用としては不十分で、専ら廃油の焼却として用いられているに過ぎない。即ち単に石油と水とを乳化剤で混合させたエマルジョン燃料では、燃焼に際しての多大な気化熱の剥奪により十分な燃焼エネルギーが発揮されない問題を抱えている。
【０００７】
これがため、他方においては特開２００９−２５６５０１で開示されているようにエマルジョン燃料に混合する水に電解水を５０重量％まで混合することにより、燃焼性を損なうことなく炭酸ガスの放出削減が可能となるとするものであり、更に特開２００９−２０３４５６号においては、エマルジョン燃料において塩基性電解液における水電解で生成された水電解ガスを、気体化石燃料とともに混合することにより、水電解ガス混合燃料を生成させて燃焼するものであって、これら先願は水の電解ガス所謂ブラウンガス状物で燃焼性を保持させ、且排出ガスの削減を実現しようとするものであるものの、ブラウンガスは不安定で取扱上の危険性が高く、而もコスト的に高価となるばかりか、多量の電力を要すること等により実用化には至っていない。
【非特許文献１】 広田民郎著「エンジンパーツこだわり大百科」２００４年
【非特許文献２】 橋田卓也「図解エンジンのメカニズム」（株）山海堂 １９９８年
【特許文献１】 特開２００４−１７７０９６号公報
【特許文献２】 特開２００９−２５６５０１号公報
【特許文献３】 特開２００９−２０３４５６号公報
【０００８】
そこで発明者等は更なる研究を進めた結果、石油と水とのエマルジョン燃料を、その燃焼性を損なわずに有効に燃焼せしめて石油燃料の大幅な使用低減と排気ガスの削減のためには、エマルジョン燃料中に混合される水分の粒滴を極微細化、望ましくは最大でも１０μｍ以下に形成せしめて分散混合させたうえ微爆作用を積極的に創出せしめること、及び燃焼に際しての加熱加温をなすことにより気化熱の剥奪を防止させることにより、石油類に対し水を最大６０容量％割合まで混合させても燃焼が可能なることを究明するとともに、かかる石油類と水とを短時に均質な分散と且極微細化のためには、石油類と水とを高速高圧を以って衝突撹乱破砕モジュール内を流通させることで実現できることも併せて究明した。
そして発明者等はかかる究明結果をもとに、車輌内燃機関における燃料消費量の低減と排気ガスの削減を可能としたインジェクターに、更に衝突撹乱破砕モジュールを付加させることにより、石油に対して最大略６０容量％割合の水を加熱加温して混合のうえ極微細状に且均質に分散混合させることにより、高い燃焼性による走行と極めて大幅な燃料費の低減並びに排出ガスの削減をも実現しえることに想到し本発明に至った。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は内燃機関において、石油燃料と水とのエマルジョン燃料を、高燃焼性を以って且石油燃料消費の著しい低減化と排気ガスの削減を可能とする内燃機関によるエマルジョン燃料の燃焼方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の課題を解決するために本発明が用いた技術的手段は、シリンダー近傍において該シリンダー内に所要の空燃比を以って燃料を噴霧供給しえるようプランジャーを電気的に制御せしめ、その先端のニードルバルブの開閉に伴い、インジェクターエアー室から高圧で燃料を噴霧状にシリンダー内に供給するインジェクターにおいて、該インジェクターのニードルバルブ下部位にその形状が円筒形、多角筒形若しくはシェード形からなる外包体の内部に、適宜の間隙を以って且その外表面に高圧噴霧される石油及び水が衝突し撹乱され破砕されて、極めて微細化と且相互を均等に分散混合させるために、膨大数微細化分散混合突部形成された保持板が積層形成された微細化分散混合モジュールが配設されてなり、且インジェクターエアー室からニードルバルブに供給する石油と水の供給路を交互に分散させて供給するとともに、この供給される水が加熱加温された熱水である構成からなる、内燃機関によるエマルジョン燃料の燃焼方法に存する。
【００１１】
更にはニードルバルブ下部位に配設される微細化分散混合モジュールが、上部湾曲板材と下部湾曲板材とが嵌着できるとともに、上部湾曲板材の中央部には供給口、下部湾曲板材の中央には供出口が設けられるとともに、この内部にはその外表面の両面に亘って微細且膨大数の微細分散混合突部が形成された挟持材が適宜数積層形成された構成に存するものである。そして本発明では石油と水とのエマルジョン燃料を用いるため、外気温の低下や長期停止後の始動時等では水の供給を暫く中断して石油のみで燃焼させ、若しくは長期不使用に際してはその停止前に石油のみの燃焼により、発錆防止を図るハイブリッド燃焼も考慮される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は上述の如く、シリンダー近傍において該シリンダー内に所要の空燃比を以って燃料を噴射供給しえるよう、プランジャーを電気的に操作せしめその先端のニードルバルブの開閉に伴い、インジェクターエアー室から高圧の燃料を噴霧状にシリンダー内に供給するインジェクターを用いるとともに、このニードルバルブの下部位に、その形状が円筒形、多角筒形、シェード形等からなる外包体が設けられ且その内部には適宜の間隙を以って且その外表面に高圧噴霧される石油及び水とが衝突して多方向に撹乱され、更には極めて微細状に破砕させるために、膨大数突起された微細化分散混合突部が積層形成されてなるからニードルバルブより噴霧された石油と水は、外包体内において拡散されることなく強制的に積層され膨大数に形成された微細化分散混合突部に衝突し、撹乱され且破砕されるため、石油と水とが短時に微細化され且均質に分散混合されてシリンダー内に供給されるため、石油と水とのエマルジョン燃料でも十分に燃焼走行が可能となる。
【００１３】
加えて本発明は石油と水とを瞬時にエマルジョン化し且燃焼走行させるものであるから、ニードルバルブにインジェクターエア室から供給する石油と水の供給路を交互に分散させることで相互の分散混合性も格段に高まり、而も供給する水は加熱加温させた熱水を用いるため、燃焼時の気化熱の剥奪が抑制されて安定した燃焼がなされる。そして本発明では水の多量の分散混合に際しては、シリンダー内を十分に加温させる間は石油燃料のみのハイブリッド燃焼で十分に燃焼走行が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
インジェクターのニードルバルブの下部位に、円筒形の外包材と該外包材の内部に所要の間隔で且その外表面に高圧高速で噴霧される石油及び水を衝突させ撹乱させ微細に破砕させる膨大数の微細分散混合突部が形成された微細化分散混合モジュールが配位されたインジェクターで噴霧燃焼させる。
【実施例１】
【００１５】
以下に本発明実施例を図とともに詳細に説明すれば、図１は本発明に用いるインジェクター１の断面説明図であって、インジェクター１は電気的制御により操作されるプランジャー１Ａの先端部に該プランジャー１Ａと連動してインジェクターエアー室１Ｂからの高圧のエマルジョン燃料１Ｃを、その開閉によりシリンダー２内に噴霧供給させるニードルバルブ１Ｄが形成されてなるもので、かかるインジェクター１により所望の空燃費に等しい燃料供給が可能となったことから、これによる燃料の消費低減化と且排気ガスの削減化に大きく貢献している。
而しながら石油資源の保護や環境保全のうえからは、この程度の消費低減化や排気の削減化では十分とは言えず、更なる斬新な低減化や削減化手段が強く求められている。
【００１６】
そこで発明者等は石油に対して水を略２０乃至６０容量％割合まで分散混合させたエマルジョン燃料を、内燃機関において安定且高い燃焼性を以って燃焼走行せしめて大幅な燃料消費の低減化と排気ガスの削減化を実現させることに着目したもので、石油に対して略２０乃至６０容量％のエマルジョン燃料の安定した燃焼と且高い燃焼性により燃焼走行性が当然に前提となる。
これがためには前述の如く石油と水に係る水蒸気改質反応並びに燃焼温度と水に係る水性ガス反応理論より、石油と水とのエマルジョン燃料を有効に燃焼させるうえからは、石油と水とが均質に分散混合されていること、並びに水の粒径を可能な限り微細化させて燃焼に際しての微爆作用を積極的に発揮させて燃焼性を向上させることであり、更には燃焼に際しての気化熱の剥奪を抑制することにより安定した燃焼が可能なることが重要な要件となる。
【００１７】
そこで本発明においては、ニードバルブ１Ｄより噴霧される高圧のエマルジョン燃料１Ｃを拡散させることなく、相互を密に混合させるうえから図３のＡに示すように円筒形や同図Ｂの多角筒形或いは同図Ｃに示すようなシェード形等からなる外包体１Ｅが該ニードルバルブ１Ｄの下部位に設けられるとともに、この外包体１Ｅの内部には所要の間隙を以って、適宜の保持板１Ｆの外表面には高圧且高速でニードルバルブ１Ｄより噴霧される高圧のエマルジョン燃料１Ｃを衝突させ、撹乱させ且極微細に破砕せしめて、石油と水とを均等に分散混合させるための微細分散混合突部１Ｇが形成されている。
この微細分散混合突部１Ｇは図４に具体的例示を示してあるが、同図Ａは保持板１Ｆの両側面に該保持板１Ｆの表面及び裏面を適宜形状で交互に切削突起形成させたものであり、同図Ｂにおいては保持板１Ｆの両側面より交互に加圧変形させ且その先端が裂開させた状態で形成させたものであって、更に同図Ｃにおいては保持板１Ｆの両側面より交互に略三角錐状に加圧突起形成させたものである。
【００１８】
そして所望の微細分散混合突部１Ｇが形成されてなる保持板１Ｆは、外包体１Ｅ内に所要の間隙を以って積層形成されるものであるから、図２において理解されるように、外包体１Ｅの形状に沿って積層形成される。かかる場合の保持板１Ｆ相互の間隙としては最大でも２ｍｍ、望ましくは０．５乃至１．０ｍｍで且微細分散混合突部１Ｇ相互間としては、略０．１及至０．５ｍｍ程度が望まれる。かかる如くして微細化分散混合モジュール１０が形成される。
【００１９】
図５のＡは、横型微細化分散混合モジュール１０Ａの断面説明図であって、該横型微細化分散混合モジュール１０Ａは、上部湾曲板材１１Ａと下部湾曲板材１１Ｂと、この中間には複数枚の挟持材１２Ａとが積層充填されてなるもので、且上部湾曲板材１１Ａの中央部には、ニードルバルブ１Ｄから高圧噴霧される高圧のエマルジョン燃料１Ｃを供給させるための供給口１３Ａが、更に下部湾曲板材１１Ｂの中央にはこの内部で衝突され撹乱され破砕されて微細分散混合された高圧のエマルジョン燃料１Ｃをシリンダー２に供給させるための供出口１３Ｂが設けられている。
【００２０】
そしてこの上部湾曲板材１１Ａと下部湾曲板材１１Ｂとの中間に積層充填される挟持材１２Ａは、前記保持板１Ｆの説明即ち図４のＡやＢ、若しくはＣと概略構造は同じであるが、保持板１Ｆの適宜間隙毎に微細な流動孔１Ｈが形成されて供給口１３Ａから供給された高圧のエマルジョン燃料１Ｃは、該挟持材１２Ａの表面に形成された微細分散混合突部１Ｇで衝突、撹乱、破砕されたうえ流通孔１Ｈを流通して裏面に形成された微細分散混合突部１Ｇで再び衝突撹乱破砕が繰返されて微細化と均等分散がなされたうえ、その供出口１３Ｂからシリンダー２内に供給される。
図５のＢは全体形状をやや縦長に形成してなる場合の見取図であって、かかる場合にはその内部に挟持材１２Ａがその径に対応して多数枚に亘って積層されるものである。
【００２１】
本発明は石油資源の保護のうえから燃費の大幅な低減と環境保全のうえから排気ガスの著しい削減を実現するためには、ガソリンや軽油等の石油類に対して略２０乃至６０容量％割合の水を分散混合させたエマルジョン燃料を使用することで解決を図るもので、かかる手段により概ね石油類が２０乃至６０容量割合の低減化と並びに排出ガスの２０乃至６０容量％の削減が見込まれることとなる。
そしてエマルジョン燃料は石油類に対し水が２０乃至６０容量％で混合されるものであるから、前述の水蒸気改質反応や水性ガス反応をもとに燃焼性を十分に発揮させるうえからは、混合される水の粒滴の極微細化、望ましくはその粒滴径が１０μｍ以下に破砕させる必要があり、且石油と水とが均質に分散混合されていること、及び燃焼に際しての気化熱の剥奪を可能な限り抑制させることで、これがためには混合する水を加熱加温した熱水の使用が望まれる。
【００２２】
而してエマルジョン燃料については、従来石油類と水とを乳化剤を用いて化学結合させたものが知られているが、かかる乳化剤使用によるエマルジョン燃料では燃焼に際して多量の気化熱が剥奪されること、及び乳化剤成分の排出ガス化の問題も危惧されている。
他方乳化剤不使用のエマルジョン燃料としては、高速ミキサーによる撹拌分散型や、超音波によるキャビテーション分散型、或いは噴霧分散型等が提案されているものの、これらエマルジョン燃料は経過時間とともに分散状態が崩れて油水の分離危険も内在するものの、本発明におけるエマルジョン燃料は燃焼時において石油類と水とが所要の混合割合で、且相互が均質に分散混合され、而も水の粒滴が極微細化され、更には十分な加熱加温された状態で即時に燃焼されるため十分に燃焼走行が可能となる。
【００２３】
そこで現状のインジェクター１について見ると、図２に示す如くプランジャー１Ａの先端部に設けられたニードルバルブ１Ｄの下側に高圧のエマルジョン燃料１Ｃが供給され、該ニードルバルブ１Ｄの開閉によりエマルジョン燃料１Ｃがその下部位に配位される微細分散混合モジュール１０内で、更に高速で膨大数に形成された微細分散混合突部１Ｇに衝突、撹乱、破砕がなされて極微細化で石油と水とが均質に分散されてシリンダー２内に供給されることとなる。
加えて本発明ではガソリンや軽油等の石油１０Ｃと水１１Ｃとがそれぞれにインジェクターエアー室１Ｂから供給されるものであるが、その供給路が複数本の場合は石油１０Ｃと水１１Ｃとを交互に配位供給することが均質な分散混合のうえから望まれる。
更に水１１は、その混合割合が多くなるほど燃焼時における気化熱の剥奪が大きく燃焼走行に支障が生ずる危険もあることから、該水１１の供給路の適宜位置に加熱部１１Ｄを設けて熱水としての使用が好都合である。
【００２４】
そして本発明はエマルジョン燃料１Ｃを使用することで、その目的となる燃費の大きな低減と排気ガスの著しい削減が可能となるものであるが、その水分１１Ｃの混合割合が増大すると低温時や始動時には燃焼に際して大きな気化熱が剥奪されて燃焼不良や走行不良も予測されることが考えられ、更には車輌の長期不使用の場合には水分１１Ｃの多量の混合による内燃機器の錆びの危険も予想される。
かかる場合の対処としては燃焼不良や走行不良が予測され或いは長期不使用に際しては、暫くの時間インジェクターエアー室１Ｂからの水１１Ｃの供給を抑制して石油１０Ｃのみで燃焼走行を図るハイブリッド燃焼をも使用することも提案される。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
現状のインジェクターと同様の使用により、エマルジョン燃料による燃焼走行が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】 本発明に用いるインジェクターの説明図である。
【図２】 本発明に用いるインジェクターの平面説明図である。
【図３】 外包体の形状例示図である。
【図４】 微細分散混合突部の例示図である。
【図５】 横型微細化分散混合モジュールの説明図である。
【符号の説明】
【００２７】
１ インジェクター
１Ａ プランジャー
１Ｂ インジェクターエアー室
１Ｃ エマルジョン燃料
１Ｄ ニードルバルブ
１Ｅ 外包体
１Ｆ 保持板
１Ｇ 微細分散混合突部
１Ｈ 流通孔
１０ 微細化分散混合モジュール
１０Ａ 横型微細化分散混合モジュール
１０Ｃ 石油
１１Ａ 上部湾曲板材
１１Ｂ 下部湾曲板材
１１Ｃ 水
１１Ｄ 加熱部
１２Ａ 挟持材
１３Ａ 供給口
１３Ｂ 供出口
【技術分野】
【０００１】
本発明は石油資源の保護及び石油燃焼に伴い排出される排気ガスによる環境汚染の防止効果の高いエマルジョン燃料を、内燃機関で安全且高い燃焼性を以って燃焼させる燃焼方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
経済発展には同時の車社会の発展も意味するものであって、既に先進諸国の経済発展と車社会の発展とも相俟って、産業活動のための石油類の消費はもとより、自動車燃料としても莫大な石油が消費されてきており、石油資源の枯渇化が早くから危惧されているばかりか、他方においてはその燃焼に伴い排出された膨大な排気ガスにより各地での健康被害の頻発はもとより、地球規模での温暖化の急激な拡大とこれに伴う異常気象により世界各地で未曾有の災害が発生している。
加えて考慮すべきは、これら石油資源の枯渇化や健康被害の頻発或いは環境破壊が先進諸国によりもたらされたものであって、今後はこれら先進諸国より広大な発展途上国の経済発展に伴う膨大量の石油資源の消費が予想される。
【０００３】
かかる状況に鑑み、現状において膨大な石油を消費する自動車業界においては、石油類の消費低減による石油資源の保護と、且燃焼による排気ガスの削減化による環境保全への対処策として、低燃費低公害エンジンを積極的に開発上市しているものであって、これら低燃費低公害エンジンの中でも極めて有効な技術として、シリンダー前部に燃料を電子制御を以って短時間にバルブを開閉し、所要の燃料を高圧微噴霧状を以って適量に噴入させるインジェクターの利用が急速に普及している。そしてかかるインジェクターにより従来のキャブレーターによる空燃比１：１５から、実に１：４０〜５０の希薄燃料での走行も可能となり、当然に石油消費の低減化と且排気ガスの削減化にも大きく寄与している。
【０００４】
而しながら、前述の如く今後は先進諸国に加えて更に広大な発展途上国の経済拡大化や自動車社会化とが加重されるため、石油消費量は急激に増大化されることから、かかるインジェクターによる石油消費の低減化と且排気ガスの削減化程度では、石油資源の保護や環境保全の目的も到底実現されない。
発明者等はかかる実情に鑑み鋭意研究を重ねた結果、石油資源の保護には石油燃料において石油成分を大幅に低減させても十分な燃焼性を発揮しえ、且併せて排気ガスの排出の少ない新たな石油燃料の開発が要請されるもので、かかる要請に対処できる石油燃料としてエマルジョン燃料が紹介されている。
【０００５】
このエマルジョン燃料はガソリンを初め軽油や重油等の石油に対して、略２０乃至５０容量％割合の水を分散混合させて、燃焼エネルギーを保持させつつ燃焼させ、併せて排気ガスの大幅な排出削減も可能となすものであるが、該エマルジョン燃料において多量の水が分散混合されても燃焼性を保持する根拠としては、石油＋水（水蒸気）＋熱＝水素（Ｈ２）＋一酸化炭素（ＣＯ）のメカニズムとして考えられ、また混合される水が燃焼時の発火点を下げるまでに至らぬ場合の例では、木炭（Ｃ）＋水（Ｈ２Ｏ）＝ＣＯ＋Ｈ２のメカニズムと考えられ、前者を水蒸気改質反応及び後者を水性ガス反応として燃焼性の論拠とされている。
【０００６】
そこで発明者等はエマルジョン燃料の実用使用面について検討してみるに、特開２００４−１７７０９６号として石油や廃油５０に水を５０と且乳化剤を０．３の割合で乳化混合させたうえ、燃料霧化のうえ保炎器のバーナーによって燃焼しえることが開示されてなるものの、実態はボイラー等の熱エネルギー用としては不十分で、専ら廃油の焼却として用いられているに過ぎない。即ち単に石油と水とを乳化剤で混合させたエマルジョン燃料では、燃焼に際しての多大な気化熱の剥奪により十分な燃焼エネルギーが発揮されない問題を抱えている。
【０００７】
これがため、他方においては特開２００９−２５６５０１で開示されているようにエマルジョン燃料に混合する水に電解水を５０重量％まで混合することにより、燃焼性を損なうことなく炭酸ガスの放出削減が可能となるとするものであり、更に特開２００９−２０３４５６号においては、エマルジョン燃料において塩基性電解液における水電解で生成された水電解ガスを、気体化石燃料とともに混合することにより、水電解ガス混合燃料を生成させて燃焼するものであって、これら先願は水の電解ガス所謂ブラウンガス状物で燃焼性を保持させ、且排出ガスの削減を実現しようとするものであるものの、ブラウンガスは不安定で取扱上の危険性が高く、而もコスト的に高価となるばかりか、多量の電力を要すること等により実用化には至っていない。
【非特許文献１】 広田民郎著「エンジンパーツこだわり大百科」２００４年
【非特許文献２】 橋田卓也「図解エンジンのメカニズム」（株）山海堂 １９９８年
【特許文献１】 特開２００４−１７７０９６号公報
【特許文献２】 特開２００９−２５６５０１号公報
【特許文献３】 特開２００９−２０３４５６号公報
【０００８】
そこで発明者等は更なる研究を進めた結果、石油と水とのエマルジョン燃料を、その燃焼性を損なわずに有効に燃焼せしめて石油燃料の大幅な使用低減と排気ガスの削減のためには、エマルジョン燃料中に混合される水分の粒滴を極微細化、望ましくは最大でも１０μｍ以下に形成せしめて分散混合させたうえ微爆作用を積極的に創出せしめること、及び燃焼に際しての加熱加温をなすことにより気化熱の剥奪を防止させることにより、石油類に対し水を最大６０容量％割合まで混合させても燃焼が可能なることを究明するとともに、かかる石油類と水とを短時に均質な分散と且極微細化のためには、石油類と水とを高速高圧を以って衝突撹乱破砕モジュール内を流通させることで実現できることも併せて究明した。
そして発明者等はかかる究明結果をもとに、車輌内燃機関における燃料消費量の低減と排気ガスの削減を可能としたインジェクターに、更に衝突撹乱破砕モジュールを付加させることにより、石油に対して最大略６０容量％割合の水を加熱加温して混合のうえ極微細状に且均質に分散混合させることにより、高い燃焼性による走行と極めて大幅な燃料費の低減並びに排出ガスの削減をも実現しえることに想到し本発明に至った。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は内燃機関において、石油燃料と水とのエマルジョン燃料を、高燃焼性を以って且石油燃料消費の著しい低減化と排気ガスの削減を可能とする内燃機関によるエマルジョン燃料の燃焼方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の課題を解決するために本発明が用いた技術的手段は、シリンダー近傍において該シリンダー内に所要の空燃比を以って燃料を噴霧供給しえるようプランジャーを電気的に制御せしめ、その先端のニードルバルブの開閉に伴い、インジェクターエアー室から高圧で燃料を噴霧状にシリンダー内に供給するインジェクターにおいて、該インジェクターのニードルバルブ下部位にその形状が円筒形、多角筒形若しくはシェード形からなる外包体の内部に、適宜の間隙を以って且その外表面に高圧噴霧される石油及び水が衝突し撹乱され破砕されて、極めて微細化と且相互を均等に分散混合させるために、膨大数微細化分散混合突部形成された保持板が積層形成された微細化分散混合モジュールが配設されてなり、且インジェクターエアー室からニードルバルブに供給する石油と水の供給路を交互に分散させて供給するとともに、この供給される水が加熱加温された熱水である構成からなる、内燃機関によるエマルジョン燃料の燃焼方法に存する。
【００１１】
更にはニードルバルブ下部位に配設される微細化分散混合モジュールが、上部湾曲板材と下部湾曲板材とが嵌着できるとともに、上部湾曲板材の中央部には供給口、下部湾曲板材の中央には供出口が設けられるとともに、この内部にはその外表面の両面に亘って微細且膨大数の微細分散混合突部が形成された挟持材が適宜数積層形成された構成に存するものである。そして本発明では石油と水とのエマルジョン燃料を用いるため、外気温の低下や長期停止後の始動時等では水の供給を暫く中断して石油のみで燃焼させ、若しくは長期不使用に際してはその停止前に石油のみの燃焼により、発錆防止を図るハイブリッド燃焼も考慮される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は上述の如く、シリンダー近傍において該シリンダー内に所要の空燃比を以って燃料を噴射供給しえるよう、プランジャーを電気的に操作せしめその先端のニードルバルブの開閉に伴い、インジェクターエアー室から高圧の燃料を噴霧状にシリンダー内に供給するインジェクターを用いるとともに、このニードルバルブの下部位に、その形状が円筒形、多角筒形、シェード形等からなる外包体が設けられ且その内部には適宜の間隙を以って且その外表面に高圧噴霧される石油及び水とが衝突して多方向に撹乱され、更には極めて微細状に破砕させるために、膨大数突起された微細化分散混合突部が積層形成されてなるからニードルバルブより噴霧された石油と水は、外包体内において拡散されることなく強制的に積層され膨大数に形成された微細化分散混合突部に衝突し、撹乱され且破砕されるため、石油と水とが短時に微細化され且均質に分散混合されてシリンダー内に供給されるため、石油と水とのエマルジョン燃料でも十分に燃焼走行が可能となる。
【００１３】
加えて本発明は石油と水とを瞬時にエマルジョン化し且燃焼走行させるものであるから、ニードルバルブにインジェクターエア室から供給する石油と水の供給路を交互に分散させることで相互の分散混合性も格段に高まり、而も供給する水は加熱加温させた熱水を用いるため、燃焼時の気化熱の剥奪が抑制されて安定した燃焼がなされる。そして本発明では水の多量の分散混合に際しては、シリンダー内を十分に加温させる間は石油燃料のみのハイブリッド燃焼で十分に燃焼走行が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
インジェクターのニードルバルブの下部位に、円筒形の外包材と該外包材の内部に所要の間隔で且その外表面に高圧高速で噴霧される石油及び水を衝突させ撹乱させ微細に破砕させる膨大数の微細分散混合突部が形成された微細化分散混合モジュールが配位されたインジェクターで噴霧燃焼させる。
【実施例１】
【００１５】
以下に本発明実施例を図とともに詳細に説明すれば、図１は本発明に用いるインジェクター１の断面説明図であって、インジェクター１は電気的制御により操作されるプランジャー１Ａの先端部に該プランジャー１Ａと連動してインジェクターエアー室１Ｂからの高圧のエマルジョン燃料１Ｃを、その開閉によりシリンダー２内に噴霧供給させるニードルバルブ１Ｄが形成されてなるもので、かかるインジェクター１により所望の空燃費に等しい燃料供給が可能となったことから、これによる燃料の消費低減化と且排気ガスの削減化に大きく貢献している。
而しながら石油資源の保護や環境保全のうえからは、この程度の消費低減化や排気の削減化では十分とは言えず、更なる斬新な低減化や削減化手段が強く求められている。
【００１６】
そこで発明者等は石油に対して水を略２０乃至６０容量％割合まで分散混合させたエマルジョン燃料を、内燃機関において安定且高い燃焼性を以って燃焼走行せしめて大幅な燃料消費の低減化と排気ガスの削減化を実現させることに着目したもので、石油に対して略２０乃至６０容量％のエマルジョン燃料の安定した燃焼と且高い燃焼性により燃焼走行性が当然に前提となる。
これがためには前述の如く石油と水に係る水蒸気改質反応並びに燃焼温度と水に係る水性ガス反応理論より、石油と水とのエマルジョン燃料を有効に燃焼させるうえからは、石油と水とが均質に分散混合されていること、並びに水の粒径を可能な限り微細化させて燃焼に際しての微爆作用を積極的に発揮させて燃焼性を向上させることであり、更には燃焼に際しての気化熱の剥奪を抑制することにより安定した燃焼が可能なることが重要な要件となる。
【００１７】
そこで本発明においては、ニードバルブ１Ｄより噴霧される高圧のエマルジョン燃料１Ｃを拡散させることなく、相互を密に混合させるうえから図３のＡに示すように円筒形や同図Ｂの多角筒形或いは同図Ｃに示すようなシェード形等からなる外包体１Ｅが該ニードルバルブ１Ｄの下部位に設けられるとともに、この外包体１Ｅの内部には所要の間隙を以って、適宜の保持板１Ｆの外表面には高圧且高速でニードルバルブ１Ｄより噴霧される高圧のエマルジョン燃料１Ｃを衝突させ、撹乱させ且極微細に破砕せしめて、石油と水とを均等に分散混合させるための微細分散混合突部１Ｇが形成されている。
この微細分散混合突部１Ｇは図４に具体的例示を示してあるが、同図Ａは保持板１Ｆの両側面に該保持板１Ｆの表面及び裏面を適宜形状で交互に切削突起形成させたものであり、同図Ｂにおいては保持板１Ｆの両側面より交互に加圧変形させ且その先端が裂開させた状態で形成させたものであって、更に同図Ｃにおいては保持板１Ｆの両側面より交互に略三角錐状に加圧突起形成させたものである。
【００１８】
そして所望の微細分散混合突部１Ｇが形成されてなる保持板１Ｆは、外包体１Ｅ内に所要の間隙を以って積層形成されるものであるから、図２において理解されるように、外包体１Ｅの形状に沿って積層形成される。かかる場合の保持板１Ｆ相互の間隙としては最大でも２ｍｍ、望ましくは０．５乃至１．０ｍｍで且微細分散混合突部１Ｇ相互間としては、略０．１及至０．５ｍｍ程度が望まれる。かかる如くして微細化分散混合モジュール１０が形成される。
【００１９】
図５のＡは、横型微細化分散混合モジュール１０Ａの断面説明図であって、該横型微細化分散混合モジュール１０Ａは、上部湾曲板材１１Ａと下部湾曲板材１１Ｂと、この中間には複数枚の挟持材１２Ａとが積層充填されてなるもので、且上部湾曲板材１１Ａの中央部には、ニードルバルブ１Ｄから高圧噴霧される高圧のエマルジョン燃料１Ｃを供給させるための供給口１３Ａが、更に下部湾曲板材１１Ｂの中央にはこの内部で衝突され撹乱され破砕されて微細分散混合された高圧のエマルジョン燃料１Ｃをシリンダー２に供給させるための供出口１３Ｂが設けられている。
【００２０】
そしてこの上部湾曲板材１１Ａと下部湾曲板材１１Ｂとの中間に積層充填される挟持材１２Ａは、前記保持板１Ｆの説明即ち図４のＡやＢ、若しくはＣと概略構造は同じであるが、保持板１Ｆの適宜間隙毎に微細な流動孔１Ｈが形成されて供給口１３Ａから供給された高圧のエマルジョン燃料１Ｃは、該挟持材１２Ａの表面に形成された微細分散混合突部１Ｇで衝突、撹乱、破砕されたうえ流通孔１Ｈを流通して裏面に形成された微細分散混合突部１Ｇで再び衝突撹乱破砕が繰返されて微細化と均等分散がなされたうえ、その供出口１３Ｂからシリンダー２内に供給される。
図５のＢは全体形状をやや縦長に形成してなる場合の見取図であって、かかる場合にはその内部に挟持材１２Ａがその径に対応して多数枚に亘って積層されるものである。
【００２１】
本発明は石油資源の保護のうえから燃費の大幅な低減と環境保全のうえから排気ガスの著しい削減を実現するためには、ガソリンや軽油等の石油類に対して略２０乃至６０容量％割合の水を分散混合させたエマルジョン燃料を使用することで解決を図るもので、かかる手段により概ね石油類が２０乃至６０容量割合の低減化と並びに排出ガスの２０乃至６０容量％の削減が見込まれることとなる。
そしてエマルジョン燃料は石油類に対し水が２０乃至６０容量％で混合されるものであるから、前述の水蒸気改質反応や水性ガス反応をもとに燃焼性を十分に発揮させるうえからは、混合される水の粒滴の極微細化、望ましくはその粒滴径が１０μｍ以下に破砕させる必要があり、且石油と水とが均質に分散混合されていること、及び燃焼に際しての気化熱の剥奪を可能な限り抑制させることで、これがためには混合する水を加熱加温した熱水の使用が望まれる。
【００２２】
而してエマルジョン燃料については、従来石油類と水とを乳化剤を用いて化学結合させたものが知られているが、かかる乳化剤使用によるエマルジョン燃料では燃焼に際して多量の気化熱が剥奪されること、及び乳化剤成分の排出ガス化の問題も危惧されている。
他方乳化剤不使用のエマルジョン燃料としては、高速ミキサーによる撹拌分散型や、超音波によるキャビテーション分散型、或いは噴霧分散型等が提案されているものの、これらエマルジョン燃料は経過時間とともに分散状態が崩れて油水の分離危険も内在するものの、本発明におけるエマルジョン燃料は燃焼時において石油類と水とが所要の混合割合で、且相互が均質に分散混合され、而も水の粒滴が極微細化され、更には十分な加熱加温された状態で即時に燃焼されるため十分に燃焼走行が可能となる。
【００２３】
そこで現状のインジェクター１について見ると、図２に示す如くプランジャー１Ａの先端部に設けられたニードルバルブ１Ｄの下側に高圧のエマルジョン燃料１Ｃが供給され、該ニードルバルブ１Ｄの開閉によりエマルジョン燃料１Ｃがその下部位に配位される微細分散混合モジュール１０内で、更に高速で膨大数に形成された微細分散混合突部１Ｇに衝突、撹乱、破砕がなされて極微細化で石油と水とが均質に分散されてシリンダー２内に供給されることとなる。
加えて本発明ではガソリンや軽油等の石油１０Ｃと水１１Ｃとがそれぞれにインジェクターエアー室１Ｂから供給されるものであるが、その供給路が複数本の場合は石油１０Ｃと水１１Ｃとを交互に配位供給することが均質な分散混合のうえから望まれる。
更に水１１は、その混合割合が多くなるほど燃焼時における気化熱の剥奪が大きく燃焼走行に支障が生ずる危険もあることから、該水１１の供給路の適宜位置に加熱部１１Ｄを設けて熱水としての使用が好都合である。
【００２４】
そして本発明はエマルジョン燃料１Ｃを使用することで、その目的となる燃費の大きな低減と排気ガスの著しい削減が可能となるものであるが、その水分１１Ｃの混合割合が増大すると低温時や始動時には燃焼に際して大きな気化熱が剥奪されて燃焼不良や走行不良も予測されることが考えられ、更には車輌の長期不使用の場合には水分１１Ｃの多量の混合による内燃機器の錆びの危険も予想される。
かかる場合の対処としては燃焼不良や走行不良が予測され或いは長期不使用に際しては、暫くの時間インジェクターエアー室１Ｂからの水１１Ｃの供給を抑制して石油１０Ｃのみで燃焼走行を図るハイブリッド燃焼をも使用することも提案される。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
現状のインジェクターと同様の使用により、エマルジョン燃料による燃焼走行が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】 本発明に用いるインジェクターの説明図である。
【図２】 本発明に用いるインジェクターの平面説明図である。
【図３】 外包体の形状例示図である。
【図４】 微細分散混合突部の例示図である。
【図５】 横型微細化分散混合モジュールの説明図である。
【符号の説明】
【００２７】
１ インジェクター
１Ａ プランジャー
１Ｂ インジェクターエアー室
１Ｃ エマルジョン燃料
１Ｄ ニードルバルブ
１Ｅ 外包体
１Ｆ 保持板
１Ｇ 微細分散混合突部
１Ｈ 流通孔
１０ 微細化分散混合モジュール
１０Ａ 横型微細化分散混合モジュール
１０Ｃ 石油
１１Ａ 上部湾曲板材
１１Ｂ 下部湾曲板材
１１Ｃ 水
１１Ｄ 加熱部
１２Ａ 挟持材
１３Ａ 供給口
１３Ｂ 供出口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダーの近傍に配備され、電気的制御により駆動するプランジャーの先端部に連結されたニードルバルブの開閉で所要の空燃比を以って燃料を供給するインジェクターのニードルバブルの下部位に、噴霧される燃料の拡散を防止する外包材と、この外包材内にはその表裏面に亘って膨大数の微細分散混合突部が形成された保持板が適宜間隙を以って多層に積層された微細化分散混合モジュールが配設されたインジェクターを用い、ガソリンや軽油等の石油に対して水を２０乃至６０容量％割合で混合させたうえ燃焼させる、内燃機関によるエマルジョン燃料の燃焼方法。
【請求項２】
混合される水が、適宜手段により加熱加温された熱水である、請求項１記載の内燃機関によるエマルジョン燃料の燃焼方法。
【請求項３】
低温時や始動開始時においては、インジェクターエアー室より石油燃料のみを供給し燃焼させ、内燃機関の昇温とともに石油と水とのエマルジョン燃料で燃焼させるハイブリッド燃焼をなす内燃機関によるエマルジョン燃料の燃焼方法。
【請求項４】
インジェクターのニードルバルブの下部位に配設される微細化分散混合モジュールが、上部湾形板と下部湾形板とが嵌着でき、且上部湾形板の中央には供給口と下部湾形板の中央には供出口が設けられるとともに、この内部にはその外表面の両面に渡って微細且膨大数の微細分散混合突部が形成された挟持材が適宜数積層挟持されてなる構成からなる、請求項１乃至請求項２記載のエマルジョン燃料の燃焼方法。
【請求項１】
シリンダーの近傍に配備され、電気的制御により駆動するプランジャーの先端部に連結されたニードルバルブの開閉で所要の空燃比を以って燃料を供給するインジェクターのニードルバブルの下部位に、噴霧される燃料の拡散を防止する外包材と、この外包材内にはその表裏面に亘って膨大数の微細分散混合突部が形成された保持板が適宜間隙を以って多層に積層された微細化分散混合モジュールが配設されたインジェクターを用い、ガソリンや軽油等の石油に対して水を２０乃至６０容量％割合で混合させたうえ燃焼させる、内燃機関によるエマルジョン燃料の燃焼方法。
【請求項２】
混合される水が、適宜手段により加熱加温された熱水である、請求項１記載の内燃機関によるエマルジョン燃料の燃焼方法。
【請求項３】
低温時や始動開始時においては、インジェクターエアー室より石油燃料のみを供給し燃焼させ、内燃機関の昇温とともに石油と水とのエマルジョン燃料で燃焼させるハイブリッド燃焼をなす内燃機関によるエマルジョン燃料の燃焼方法。
【請求項４】
インジェクターのニードルバルブの下部位に配設される微細化分散混合モジュールが、上部湾形板と下部湾形板とが嵌着でき、且上部湾形板の中央には供給口と下部湾形板の中央には供出口が設けられるとともに、この内部にはその外表面の両面に渡って微細且膨大数の微細分散混合突部が形成された挟持材が適宜数積層挟持されてなる構成からなる、請求項１乃至請求項２記載のエマルジョン燃料の燃焼方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１３２４２４（Ｐ２０１２−１３２４２４Ａ）
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２９４８２１（Ｐ２０１０−２９４８２１）
【出願日】平成２２年１２月２２日（２０１０．１２．２２）
【出願人】（５０１４８９７８６）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２２日（２０１０．１２．２２）
【出願人】（５０１４８９７８６）
【Ｆターム（参考）】
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