JP2009540214A - Improving internal combustion engine performance - Google Patents
Improving internal combustion engine performance Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009540214A JP2009540214A JP2009515361A JP2009515361A JP2009540214A JP 2009540214 A JP2009540214 A JP 2009540214A JP 2009515361 A JP2009515361 A JP 2009515361A JP 2009515361 A JP2009515361 A JP 2009515361A JP 2009540214 A JP2009540214 A JP 2009540214A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel
- engine
- cracking
- air
- chamber
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 251
- 238000005336 cracking Methods 0.000 claims abstract description 87
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims abstract description 21
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 24
- 239000003502 gasoline Substances 0.000 claims description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 20
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 15
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 14
- 239000002828 fuel tank Substances 0.000 claims description 13
- 238000002309 gasification Methods 0.000 claims description 13
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 8
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 6
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 claims description 5
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 5
- 230000000994 depressogenic effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 3
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 claims 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims 1
- 230000002459 sustained effect Effects 0.000 claims 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 abstract description 2
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 27
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 15
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 9
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 8
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N Benzene Chemical compound C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000004044 response Effects 0.000 description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 239000002283 diesel fuel Substances 0.000 description 2
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 2
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M31/00—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture
- F02M31/02—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture for heating
- F02M31/16—Other apparatus for heating fuel
- F02M31/18—Other apparatus for heating fuel to vaporise fuel
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
- Fuel-Injection Apparatus (AREA)
- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
Abstract
【課題】パワー出力、効率、代替燃料対応能力を増強し、環境に有害な排気を低減して、内燃エンジンンのパフォーマンスを改良する。
【解決手段】燃料噴射を備えた内燃エンジンには燃料の一部が供給され、該一部の燃料は常温で、空気も受け取るクラッキング反応装置チャンバ中に噴射され、噴射された燃料のクラッキングを持続するため、通常運転をしている従来型のエンジン・コンポーネントからの廃熱で加熱され、クラックされガス化され空気と混合された燃料が、常温を超えない温度で連続的燃料/空気ストリームとして、エンジン・インテークにアウトプットされる。該燃料部分は、単一のタンクからの従来式燃料供給(79’)から分流されるか、あるいは代替燃料の追加タンクから供給される。廃熱を放出するコンポーネントは、燃料の揮発性如何によって、エンジン冷却剤、又は排気マニホルドとされる。上記に換えて、反応装置の第一円筒セクションを、従来型ターボチャージャのインテークの上に搭載し、該チャージャにクラッキングを持続する熱を供給させ、実質上、反応装置チャンバの第二セクションを形成させることができる。
【選択図】図16To improve the performance of an internal combustion engine by enhancing power output, efficiency and ability to support alternative fuels, reducing exhaust harmful to the environment.
An internal combustion engine with fuel injection is supplied with a portion of the fuel, and the fuel is injected into a cracking reactor chamber that also receives air at room temperature to sustain cracking of the injected fuel. In order to achieve this, fuel heated by waste heat from conventional engine components in normal operation, cracked, gasified and mixed with air as a continuous fuel / air stream at a temperature not exceeding room temperature, Output to the engine intake. The fuel portion is diverted from a conventional fuel supply (79 ') from a single tank or is supplied from an additional tank of alternative fuel. The component that releases waste heat is an engine coolant or an exhaust manifold, depending on the volatility of the fuel. Alternatively, the first cylindrical section of the reactor is mounted on the intake of a conventional turbocharger, allowing the charger to provide heat to sustain cracking, essentially forming the second section of the reactor chamber Can be made.
[Selection] Figure 16
Description
[関連出願]
本出願人が2005年6月15日に出願した仮出願第60/690,670号に対する優先権を主張し、その開示内容は参照により本明細書に組み込まれる。
[Related applications]
The applicant claims priority to
本発明は、クラッキングによりガス化された燃料及び圧縮空気を供給することにより、例えば、パワー出力、効率、代替燃料対応能力を増強し、環境に有害な排気を低減して、内燃エンジンンのパフォーマンスを改良するためのシステム及び装置に関する。 The present invention provides internal combustion engine performance by supplying fuel and compressed air gasified by cracking, for example, enhancing power output, efficiency, alternative fuel handling capability, reducing environmentally harmful emissions The present invention relates to a system and an apparatus for improving the above.
気化及び/又は噴射の前又は後に、一部もしくは全体の燃料を高温に加熱して燃料の蒸発を推進し、道路車両の内燃エンジンンのパフォーマンスを改良するため、数々の試みが長年に亘りなされてきたが、そのどれも、エンジン運転中に必要な燃料供給の一部だけを、高圧で作動する燃料クラッキング・インジェクタに常温の液体として供給し、燃料のクラッキングと、クラックされガス化された燃料の空気との混合とを開始させ、同時に、通常高温で作動している従来型のエンジン・コンポーネントからの廃熱エネルギーをこれに加えてクラッキングを持続させ、クラックされた燃料/空気混合体を、常温を超えない比較的低温で、運転中エンジンに供給する残り部分の燃料とともに燃焼させるため、インテーク・マニホルドに直接供給する、というやり方は教示していない。 Numerous attempts have been made over the years to improve the performance of road vehicle internal combustion engines by heating some or all of the fuel to high temperatures, either before or after vaporization and / or injection, to promote fuel evaporation. However, all of this provides only a portion of the fuel supply required during engine operation as a liquid at room temperature to a fuel cracking injector operating at high pressure, fuel cracking, and cracked and gasified fuel. At the same time, adding waste heat energy from conventional engine components that are normally operating at high temperatures to sustain cracking, and cracked fuel / air mixture, Supply directly to intake manifold to burn with remaining fuel supplied to the engine during operation at a relatively low temperature not exceeding room temperature , Way it does not teach that.
さらに、過給機(enhanced induction device)としてよく知られる圧縮空気を供給する装置が、従来型のターボチャージャ及びスパーチャージャとして、ディーゼル及び高性能ガソリン・エンジンの両方で、長年にわたって広く商業用途に供されているが、こういった装置には、作動の遅延(「スプーリング時間/遅延」)及び/又は、インテーク・マニホルド内での燃料流との干渉、及び、いわゆる「インタクーラ」を必要とする吸気のオーバーヒートなど、さまざまな不利点がある。 In addition, a device for supplying compressed air, well known as an enhanced induction device, has been widely used for many years in commercial applications, both as conventional turbochargers and spargers, in both diesel and high-performance gasoline engines. However, these devices require delays in operation ("spooling time / delay") and / or interference with fuel flow in the intake manifold and so-called "intercoolers". There are various disadvantages such as intake overheating.
さらに、ほとんど又は全く改造せずに、代替燃料を使って効率的に運転可能な内燃エンジンンを提供する多くの試みもなされてきたが、今までの提案には、同様に実装又は運転に関するさまざまな実用上の不利点がある。 In addition, many attempts have been made to provide an internal combustion engine that can be operated efficiently with alternative fuels with little or no modification, but the previous proposals also include various implementation or operational issues. There are practical disadvantages.
従来のアプローチの一例が、本発明人が2005年7月1日に出願し、米国特許第2005/0279334として継承されている第PCT/IL03/00549号に開示されており、この開示は参照により本明細書に組み込まれる。しかしながら、この参照特許は、エンジン運転に必要な燃料の一部を注入の前に加圧下で予熱し、該燃料部分を、例えば摂氏60°から100°の間、さらに望ましくは70°から85°の間の、平均気温の倍数に昇温して空気インテーク中に噴射することを教示している。 An example of a conventional approach is disclosed in PCT / IL03 / 00549 filed on Jul. 1, 2005 and inherited as US Patent No. 2005/0279334, the disclosure of which is hereby incorporated by reference. Incorporated herein. However, this reference patent preheats a portion of the fuel required for engine operation under pressure prior to injection, and the fuel portion is, for example, between 60 ° and 100 °, more preferably 70 ° to 85 °. In the meantime, the temperature is increased to a multiple of the average temperature and is injected into the air intake.
前述の特許公報の教示の不利点は、注入前の加圧下での燃料予熱が、燃料の化学的性質に望ましくない変化をもたらすことである。これが、先のシステムがディーゼル燃料に適さない理由である。 A disadvantage of the teaching of the aforementioned patent publication is that fuel preheating under pressure prior to injection results in an undesirable change in fuel chemistry. This is why the previous system is not suitable for diesel fuel.
さらに、該特許の教示は、クルーズ中(高いラムダ)にスリムな空気/燃料混合を実現しこれにより燃料効率を向上することを狙いとしているが、このアプローチはディーゼルには功を奏さない。蒸気化が異なっていて代替燃料に対応できない。加えて、インテークに送られる燃料/空気混合体は相当な高温なので、予熱のない燃料/空気混合体に比べ酸素濃度が低下しており、潜在的燃焼効率が低くなる。 Furthermore, while the teachings of the patent aim to achieve a slim air / fuel mixture during cruise (high lambda) and thereby improve fuel efficiency, this approach does not work for diesel. Vaporization is different and cannot be used for alternative fuels. In addition, since the fuel / air mixture delivered to the intake is considerably hot, the oxygen concentration is reduced compared to the unheated fuel / air mixture, resulting in lower potential combustion efficiency.
本発明の目的は、従来の燃料供給システム及び/又は従来のエアブースタに関連する不利点の少なくとも一部を克服又は改善して、エンジン・パフォーマンスを改良し、コスト効果的代替燃料の使用を促進することである。本発明の別の目的は、エンジン燃料の加熱しない一部を比較的冷たい温度(常温)のガス化燃料/空気混合状態で、内燃エンジンンのインテーク・マニホルドに供給し、該エンジン燃料の部分を高圧噴射し急降圧させてクラッキングを起こさせ、エンジン・コンポーネントの通常運転の廃熱から得られたエネルギーを、噴射後のクラックされた燃料に、常温からの大きな温度上昇なしにその後の連続したクラッキング及びガス化を持続するのに十分な程度、加えることによって内燃エンジンンのパフォーマンスを改良することである。 The object of the present invention is to overcome or improve at least some of the disadvantages associated with conventional fuel delivery systems and / or conventional air boosters to improve engine performance and facilitate the use of cost effective alternative fuels. It is to be. Another object of the present invention is to supply an unheated part of the engine fuel to the intake manifold of the internal combustion engine in a gasified fuel / air mixed state at a relatively cool temperature (room temperature), High-pressure injection and sudden pressure reduction to cause cracking, and the energy obtained from the waste heat of normal operation of the engine components is then cracked into the cracked fuel after injection without significant temperature rise from normal temperature. And improving the performance of the internal combustion engine by adding a sufficient amount to sustain gasification.
高圧でインジェクタに供給される液体燃料は加熱されておらず、燃料の化学的性質の望ましくない変化は生じない。インテークに送られる燃料/空気混合体は常温またはそれより低く、酸素濃度は、既に燃料クラッキングで高められていて比較的に高く、クラックされた部分の燃焼効率を向上させるだけでなく、クラックされていない従来式のメイン部分供給燃料の燃焼効率も高める。 The liquid fuel supplied to the injector at high pressure is not heated and undesirable changes in the fuel chemistry do not occur. The fuel / air mixture delivered to the intake is at ambient temperature or lower and the oxygen concentration is already relatively high, increased by fuel cracking, not only improving the combustion efficiency of the cracked part, but also being cracked There is no conventional main part supply fuel combustion efficiency.
液体燃料の一部は、常温、高圧(例、3〜4大気圧/bar)状態で、空気インテークも同様に有する、クラッキング反応装置のガス化チャンバの注入口に噴射され、噴射された燃料/空気混合体で形成された燃料ストリームは、燃料の蒸発圧力の如何によって、エンジン冷却剤、エンジン排気、あるいはエンジン・ターボチャージャから放出される廃熱のエネルギーを受け取り、インテーク・マニホルドに連結された放出口を通り、常温またはそれより低い温度のクラック・ガス化された燃料/空気ストリームを供給する。ターボチャージャの場合、従来型のターボチャージャを使用している場合に比べて、数値的に測定値として、燃料/空気混合体マニホルドにおける温度の70%〜80%低下を得ることができる。 Part of the liquid fuel is injected into the inlet of the gasification chamber of the cracking reactor, which also has an air intake at normal temperature and high pressure (eg, 3-4 atmospheric pressure / bar), and the injected fuel / The fuel stream formed by the air mixture receives the waste heat energy released from the engine coolant, engine exhaust, or engine turbocharger, depending on the fuel evaporation pressure, and is connected to the intake manifold. Through the outlet, a cracked gasified fuel / air stream at ambient temperature or lower is fed. In the case of a turbocharger, a 70% to 80% drop in temperature in the fuel / air mixture manifold can be obtained as a numerical measurement compared to the case where a conventional turbocharger is used.
ターボチャージャのない従来型のエンジンの場合、マニホルド温度の低下は約30〜40%である。 For a conventional engine without a turbocharger, the manifold temperature drop is about 30-40%.
代替燃料も併用する、ターボチャージャ使用のディーゼル・エンジンについては、エンジン・ターボチャージャ自体の内部に、実際的に、反応装置及びガス化チャンバを大きく形成することができ、代替燃料はターボチャージャの空気インテーク中に高圧で噴射される。該ターボチャージャは、運転中非常に高温となり、チャージャを通る燃料ストリームのクラッキングを持続する熱エネルギー源を提供する。 For turbocharged diesel engines that also use alternative fuels, the reactor and gasification chamber can actually be made larger inside the engine turbocharger itself, and the alternative fuel is the turbocharger air. Injected at high pressure during intake. The turbocharger is very hot during operation and provides a source of thermal energy that sustains cracking of the fuel stream through the charger.
また、噴射時の圧力降下によるクラックが不完全な可能性のある一切の燃料液滴に対しては、高温のチャンバ壁及び/又は加熱された空気の効果によって熱が伝導され、付加的な温度クラッキングをもたらす。 Also, for any fuel droplets that may be incompletely cracked due to pressure drop during injection, heat is conducted by the effects of hot chamber walls and / or heated air, resulting in additional temperatures. Bring cracking.
該エンジン燃料部分は、メイン燃料タンクから分流させるか、又はメイン燃料タンクに追加された代替燃料用のタンクから供給することができる。 The engine fuel portion may be diverted from the main fuel tank or supplied from a tank for alternative fuel added to the main fuel tank.
本発明は、内燃エンジンンのパフォーマンスを改良するためのシステムを含み、
該システムは、
取入れ口及び放出口を有するチャンバを包含する燃料クラッキング反応装置と、
空気供給源を該取入れ口に連結する手段と、
燃料を高圧で該取入れ口中に噴射するように配置された、クラッキング反応装置に対する燃料クラッキング・インジェクタと、
該放出口を内燃エンジンのインテーク・マニホルドに連結する手段と、
通常運転中に選定されたエンジン・コンポーネントから放出される廃熱を該チャンバに供給する手段と、
エンジン燃料の一部を常温で該クラッキング・インジェクタに供給する手段と、
a)エンジン冷却剤の温度を検知するエンジン温度検知手段、
b)エンジン・アクセル・ペダル及びスロットルバルブ位置のいずれかの位置を検知する手段、及び
c)エンジン燃料タンク内にある燃料の種類を感知する手段、
から信号を受信するよう接続されたコンピュータ制御システムと、
を含み、
該コンピュータ制御システムは、反応装置インジェクタを作動させるための最低エンジン温度に適った信号を、エンジン温度検知手段から受信したのに応じてインジェクタ及びスロットルバルブの作動を開始するようにプログラムされており、噴射された燃料部分が空気と混合され、選定されたエンジン・コンポーネントから供給される熱エネルギーにより、チャンバ内で連続的なクラッキングとガス化が持続され、これが常温の連続的ガス化ストリームとしてインテーク・マニホルドに送られる。
The present invention includes a system for improving the performance of an internal combustion engine,
The system
A fuel cracking reactor including a chamber having an inlet and an outlet;
Means for connecting an air supply to the intake;
A fuel cracking injector for the cracking reactor, arranged to inject fuel at high pressure into the inlet;
Means for connecting the outlet to an intake manifold of an internal combustion engine;
Means for supplying waste heat to the chamber from the engine components selected during normal operation;
Means for supplying a portion of the engine fuel to the cracking injector at room temperature;
a) engine temperature detecting means for detecting the temperature of the engine coolant;
b) means for detecting any position of the engine accelerator pedal and the throttle valve position; and c) means for detecting the type of fuel in the engine fuel tank,
A computer control system connected to receive signals from,
Including
The computer control system is programmed to initiate operation of the injector and throttle valve in response to receiving from the engine temperature sensing means a signal suitable for a minimum engine temperature for operating the reactor injector; The injected fuel portion is mixed with air and the thermal energy supplied from selected engine components maintains continuous cracking and gasification within the chamber, which is taken as a continuous gasification stream at room temperature. Sent to manifold.
一つの実施形態において、エンジン燃料の一部を反応装置インジェクタに搬送する手段は、かかる燃料部分をエンジン燃料供給源から分流する。 In one embodiment, the means for conveying a portion of the engine fuel to the reactor injector diverts such fuel portion from the engine fuel supply.
別の実施形態において、燃料搬送手段は、燃料の該部分を追加のエンジン代替燃料タンク中の代替燃料の追加供給源から反応装置インジェクタに供給し、代替エンジン燃料タンク中に存在する燃料の量を感知するため、燃料レベル感知手段がコンピュータに接続される。 In another embodiment, the fuel delivery means supplies the portion of fuel from the additional source of alternative fuel in the additional engine alternative fuel tank to the reactor injector, and determines the amount of fuel present in the alternative engine fuel tank. A fuel level sensing means is connected to the computer for sensing.
望ましくは、電気スピードメータ及び主エンジン燃料インジェクタの真空センサのうちの一つをコンピュータに接続し、コンピュータがアクセル・ペダルから受信した信号が、アクセル・ペダルが踏み込まれていることを示しているか、又はスピードメータから受信した信号が、エンジンに動力供給されている車両が定常状態にあることを示しているかのいずれかの場合、コンピュータは、前記クラッキング・インジェクタを起動する前に約2〜4秒の遅延時間を設ける。通常、この遅延は、ギアボックスに過剰なトルクがかかることを防止し、車両が適度な速度で走行することを確実にする。 Preferably, one of the electrical speedometer and the main engine fuel injector vacuum sensor is connected to a computer, and the signal received from the accelerator pedal by the computer indicates that the accelerator pedal is depressed, Or, if the signal received from the speedometer indicates that the vehicle powered by the engine is in a steady state, the computer will wait approximately 2-4 seconds before activating the cracking injector. Delay time is provided. This delay typically prevents excessive torque on the gearbox and ensures that the vehicle is traveling at a moderate speed.
ガソリン・エンジンにおいては、コンピュータは、酸素センサに連結され、酸素レベルを検知するようプログラムされる。 In a gasoline engine, the computer is connected to an oxygen sensor and programmed to detect the oxygen level.
好適な実施形態において、反応装置チャンバは、細長くその長手方向のそれぞれの端部に取入れ口と放出口とを有し、ほとんどがガス化された燃料混合体だけが放出口を通って流出するようにされている。 In a preferred embodiment, the reactor chamber is elongated and has an inlet and outlet at each longitudinal end so that only the mostly gasified fuel mixture flows out through the outlet. Has been.
インジェクタ及び反応装置チャンバの数とサイズとは、エンジンのサイズに応じて増大することができる。 The number and size of injectors and reactor chambers can be increased depending on the size of the engine.
車両バッテリ駆動の冷始動電気加熱エレメントを、動作可能に組込み、又は関連付けて、エンジン始動の前数秒間、従来式のメイン供給燃料の少量を暖めることができる。 A vehicle battery powered cold start electrical heating element can be operatively incorporated or associated to warm a small amount of conventional main supply fuel for a few seconds prior to engine start.
圧縮空気を供給する装置ないしエアブースタには、電動ポンプで充填される圧縮空気のタンク又は直接供給ポンプと、エンジン運転パラメータに応じコンピュータにより駆動されるバルブ手段とを含め、エンジンピストンが下死点(BDC)にあるとき、それぞれのシリンダ・ヘッド中に、該タンク又は直接にポンプから定量の加圧空気を供給することができる。あるいはこれに換えて、空気を直接に反応装置チャンバ中にポンプ注入することができる。このようなアプローチにより、従来型ターボチャージャに通常関連するスプーリング遅延ないし時間差と、インテーク・マニホルド中の燃料経路に搭載されているスーパーチャージャに通常関連する燃料フローの途絶との双方が回避される。さらに、エアブースタが、パワー・モードの加速時に一回に数秒だけの間作動しても、通常、インタクーラは必要ない。空気供給装置はコンピュータに制御され、エンジンが高負荷の下で運転するときにだけ作動し、一方、従来型のターボチャージャは連続して稼働される。 The apparatus or air booster for supplying compressed air includes a compressed air tank or direct supply pump filled with an electric pump, and valve means driven by a computer in accordance with engine operating parameters. When in (BDC), a fixed amount of pressurized air can be fed into each cylinder head from the tank or directly from the pump. Alternatively, air can be pumped directly into the reactor chamber. Such an approach avoids both the spooling delay or time difference normally associated with conventional turbochargers and the disruption of fuel flow normally associated with superchargers mounted in the fuel path in the intake manifold. . In addition, if the air booster operates for only a few seconds at a time during power mode acceleration, an intercooler is usually not required. The air supply is controlled by a computer and operates only when the engine operates under high load, while the conventional turbocharger operates continuously.
このシステム全体は、ほぼ任意のサイズの従来型のガソリン又はディーゼル自動車エンジンに後付けで組込むことができる。 The entire system can be retrofitted into a conventional gasoline or diesel automobile engine of almost any size.
あるいは、低減されたマニホルド圧力による誘導の代わりに、圧縮空気を直接に反応装置チャンバの取入れ口中に噴射することができる。 Alternatively, instead of induction with reduced manifold pressure, compressed air can be injected directly into the inlet of the reactor chamber.
本発明の全体システムは、従来型のエンジン燃料供給/燃焼システムに増設されるものであり、先在する従来型のコンポーネントの作動に干渉することなく、既存の従来型エンジン及び燃料供給システムに後付け可能であるのは理解されることであろう。しかしながら、従来型エンジンの運転及び燃料供給システムは、酸素レベル、インテーク/導入圧力、及びアクセル・ペダル位置などさまざまな作動パラメータを検知するセンサ類から受信される信号に応じて、コンピュータに制御されており、これらの作動パラメータが本発明のシステムによる影響を受けることになって、対応信号が、本発明のシステムのコンピュータと同様に従来型のコンピュータにも受信されることになるので、従来型のシステムによって決められるエンジンの作動状況に影響が生じることになろう。例えば、反応装置を通る燃料供給が増加し、パワー需要が低下すれば、従来型の先在システムによる燃料の供給は、従来型システムのコンピュータが受信した信号の結果として減少されることになる。 The overall system of the present invention is an addition to a conventional engine fuel supply / combustion system that can be retrofitted to existing conventional engines and fuel supply systems without interfering with the operation of existing conventional components. It will be understood that it is possible. However, conventional engine operation and fuel delivery systems are controlled by a computer in response to signals received from sensors that sense various operating parameters such as oxygen level, intake / inlet pressure, and accelerator pedal position. Since these operating parameters will be affected by the system of the present invention, the corresponding signal will be received by the conventional computer as well as the computer of the system of the present invention. It will affect the engine operating conditions determined by the system. For example, if the fuel supply through the reactor increases and the power demand decreases, the fuel supply by the conventional pre-existing system will be reduced as a result of the signal received by the computer of the conventional system.
後付け型システムとして説明したが、本システムは、OEMによって例えば単一のコンピュータを使って組み込むこともできよう。 Although described as a retrofit system, the system could also be incorporated by an OEM, for example using a single computer.
別の態様によれば、本発明は、長手方向の一端に空気取り入れ開口及び燃料クラッキング・インジェクタを有し、長手方向反対端にクラックされた燃料/空気混合体の放出口を有する、熱伝導性材料の細長いチャンバと、一端からチャンバ沿い軸方向に延び出た中心軸方向背骨状金属ストリップを含む熱交換装置と、を包含する燃料クラッキング反応装置を提供し、該ストリップは、熱交換反射フィンの列がそれぞれの面から延びる対面を有し、前記フィンは、該背骨状ストリップから斜め方向に、軸方向に間隔をあけて並行関係に、チャンバを横切ってその一端をそれぞれ相対するチャンバ壁に向かって延び出しており、該記フィンは、背骨状ストリップからそれぞれ相対するチャンバ壁に向かい外側に延びるそれぞれの自由端を有して混合渦を生成し、少なくとも前記一端からの第二フィン及び第三フィンは、相互に及び第一フィンの自由端に合わせて軸方向に配列された微細メッシュのスクリーンを有し、微細に霧化されガス化された燃料と空気とだけがメッシュを通って直接放出口に通過しやすくされ、クラックが不十分な分子を有するより大きな液滴は、メッシュによって渦中に向きを変えられ、チャンバ壁及びフィンによって追加加熱され、チャンバ中の滞在時間を延ばされて、さらなるクラッキング、微粒化、及びガス化工程に曝すことができる。 According to another aspect, the present invention provides a thermally conductive material having an air intake opening and a fuel cracking injector at one longitudinal end and a cracked fuel / air mixture outlet at the opposite longitudinal end. A fuel cracking reactor comprising an elongated chamber of material and a heat exchange device including a central axial spine-like metal strip extending axially along the chamber from one end, the strip comprising heat exchange reflective fins The rows have facing surfaces extending from each side, and the fins are diagonally spaced from the backbone strip in an axially spaced parallel relationship with one end across the chamber toward the opposite chamber wall. The fins are mixed with respective free ends extending outwardly from the spine-like strips to the opposite chamber walls. A vortex is created, at least the second and third fins from one end have fine mesh screens arranged axially to each other and to the free end of the first fin, and are finely atomized. Only gasified fuel and air are easily passed through the mesh directly to the outlet, and larger droplets with molecules with insufficient cracking are redirected into the vortex by the mesh, chamber walls and fins. Can be further heated to extend the residence time in the chamber and expose it to further cracking, atomization, and gasification processes.
本発明が容易に理解できるように、単なる例示として、以降にその具体的実施形態を、添付の図面を参照しながら説明する。 In order that the present invention may be readily understood, specific embodiments thereof will now be described by way of example only with reference to the accompanying drawings.
図1に示されるように、該システムの主要コンポーネントは後付けされ、これらには、燃料レールとしての低温液体燃料予熱器11と、燃料クラッキング及びガス化反応装置12と、より低い温度加熱をし、より高い温度加熱をする第二ステージ装置14(図6参照)に出力する第一ステージ装置13と、燃料クラッキング反応装置のための空気レギュレータ16と、燃料フロー制御バルブ17と、エアコンプレッサないしブースタ18とが含まれる。
As shown in FIG. 1, the main components of the system are retrofitted to them, including a cryogenic
さらに詳しく図2及び3に示されるように、低温液体燃料予熱器11は、円筒形ハウジング21を含む熱交換器であって、該ハウジングは、高温ラジエータ流体を通す軸方向内部通路22を有し、該通路は予熱対象の液体燃料を受けるジャケット形のチャンバ23に囲まれ、該チャンバは、それぞれのインテーク・マニホルド経路に搭載されたそれぞれの燃料噴射ノズル25に直接連結された、4つの燃料放出口24を有する。燃料取入れ口27と放出口28とは、燃料供給ライン及び戻しライン29、30によって、それぞれ、燃料ライン35を介して燃料タンクから燃料を受取る、流体フロー・レギュレータ17のアウトプット・ポート32と、該レギュレータの底部ポート39からタンクに延びる燃料戻しライン36とに連結されている。一つの実施形態において、戻しライン30には、直接インテーク・マニホルド中に延びる、加熱済み燃料のための放出ライン31を有する電気冷始動ヒータ40が介在する。戻し燃料ライン30には、予熱器に隣接して、狭窄部ないし0.2〜0.3mmのベンチュリ径が形成されて、熱交換器を加圧され適切に予熱された燃料で満杯に維持し、気化することなく安全な燃料の加熱を可能にし、加熱済みの燃料がタンクに戻ることを制止する。また、該狭窄部は、偶発的に生成される一切の蒸気が燃料タンクに送り戻されるようにする。
As shown in more detail in FIGS. 2 and 3, the cryogenic
高温ラジエータ流体は、クラッキング及びガス化反応装置12の低温ステージ13を循環流通した後、流体ライン42によって通路22に供給され、低温ステージには、ラジエータ・ホース44にタップ連結された流体ライン43によって供給され、エンジン加熱された流体はラジエータ45に戻る。熱交換器を通過した後、冷えたラジエータ流体は、流体ライン46を通ってエンジン・ブロックに戻る。燃料の最高温度は約80℃に制限される。
The high-temperature radiator fluid is circulated through the low-
図6及び7に示されるように、高温燃料クラッキング/ガス化装置12は、ラジエータ流体で加熱される第一ステージの低温熱交換器13と、排気マニホルド・ガスで加熱される第二の高温ステージ14とを含む。(これに換えて、図14に示すディーゼル・エンジンのバージョンでは、クラッキング/ガス化反応装置は、既存のエンジン・ターボチャージャ自体に含められる。)
As shown in FIGS. 6 and 7, the hot fuel cracking /
第一ステージのハウジングは、それぞれ流体ライン43と42とに連結された取入れ口及び放出口を備えた加熱流体通路54を有する下部ハウジング・ブロック51と、前方向加熱チャンバ55及び該チャンバ内に燃料を注入するため後部に搭載された燃料噴射ノズル57を有する上部ハウジング部分とを含む。燃料は、燃料制御バルブ17の上体部の上部ポートに延びる燃料ライン59を通り、接続金具58を介してノズル57に送られ、空気は、空気ライン61を介し、空気レギュレータ16からポート60を通って導入される。さらに、電気加熱エレメント82が、持続時間約3秒の冷始動駆動のため、上部ハウジングに搭載される。加熱されるクラッキング・チャンバにはメッシュ62が設けられ、効率的な熱交換のため、燃料に接触する有効表面積が増やされる。実際上、燃料の最高温度は、約80〜90℃に達する。チャンバの前方放出口は、フィン付き管63により形成される別の熱交換器によって第二ステージ14に連結される。液体燃料は、高圧(2.5〜3大気圧)で減圧域中に噴射され、圧力変化がもたらされ、クラッキング膨張が起こり吸熱反応が生じる。チャンバに供給される熱が、クラッキング反応を持続するエネルギーを提供する。
The first stage housing includes a
第二ステージ14は、それぞれに排気マニホルド69中のボアに連結された取入れ口及び放出口、67及び68、を備えた第一排気ガス受取りチャンバ・セクション65と、第一チャンバと共通の熱伝導性壁で分離された、第二の燃料クラッキング、膨張、及びガス化チャンバないしセクション66とを有するハウジング64を含む。第二チャンバは、前方端が閉じられ熱交換管63から燃料/空気混合体を受取る後部取入れ口を有する円筒形スクリーン70を、軸方向に受けている。該スクリーンは、0.3〜0.5mm直径の開口71を有し、開口の数は、スクリーンなしの場合と同じエアフロー量が得られるように計算される。スクリーンは、燃料液滴の完全な分散を助長し、接触表面積を増大することによって熱交換を高め、燃料を高温壁に向け推進する働きをする。高い熱伝導率を得るため、スクリーン及び他の内部コンポーネントはアルミニウム製とし、マニホルドへのドリル取り付け金具は、強度確保のためステンレス鋼とすべきである。使用する一切の材料は、第二ステージで到達する温度である、400〜500℃で白熱化してはならない。このチャンバ・セクションでは、燃料のほとんどは、連続的なクラッキングによってガス化され、第一ステージ中への噴射によって負静電荷を帯びており、エンジンブロックも負電荷を帯びているので、低減された圧力の助けもあって、液滴形成はさらに抑制又は阻止される。第一ステージと同様に、クラッキング及び膨張の結果として、ガス化した燃料の温度が低くなりすぎて、連続的なクラッキングが阻害されるのを排気熱が防止する。ほとんどがガス化された燃料は、約−2又は−3℃の温度で、放出口から第二フィン付き熱交換管73を経由してスロットル・バルブの下流のインテーク・マニホルドのスロットル・インテーク75に流れ行く。
The
スロットル・インテークの開放端は、新鮮な空気を取り入れるため、通常、エアフィルタ(簡明化のため図示せず)に連結されるのは理解されることであろう。 It will be appreciated that the open end of the throttle intake is typically coupled to an air filter (not shown for clarity) to take in fresh air.
図8に示されるように、燃料フロー制御バルブないしレギュレータ17は、それぞれ環状シールで接合された、上部及び下部の有孔の円筒金属ブロック37、38を含む。上部ブロックは、該上部ブロック内部に形成された円筒形外側チャンバ110と連通する、十字形様に配列された4つポート32の組を有し、燃料タンク79からライン35を通ってポンプ送流される燃料を一つのポート32を介して受け取り、これに交差して延びる他の2つのポートを介して、燃料ライン29及び59を通ってそれぞれ第一及び第二予熱器、11及び12、に燃料を送出する。第四のポートは閉鎖されている。内部の垂直円筒形バルブ体111は、ボール部材114をバルブの開口115に向けバイアスさせるスプリング113によって形成される圧力逃がしバルブを内蔵し、該バルブは、外側チャンバの燃料圧力が約3大気圧を超えると開き、燃料を該バルブ体111内に流入させ、該燃料を、下部ブロック中の垂直穴113を通しポート39を介して流出させ、戻し燃料ライン36/78を経由してタンクに戻す。低温予熱器11からの戻し燃料ライン30は、戻し燃料ライン36/78と連結されている。下部ブロック38の残りのポートは閉鎖されている。
As shown in FIG. 8, the fuel flow control valve or
空気フロー・コントローラ16はソレノイド作動バルブを含み、該バルブは、それぞれ、エアフィルタ85から空気を受取り、空気ライン61経由で予熱器12の第一低温ステージ13のポート60に空気を供給するように連結された、空気インプット接続金具82とアウトプット接続金具83とを備えたバルブ体81を有する。制御信号ライン86は、作動ソレノイド87をコンピュータ20に接続する。
図9〜13に示されるように、エアコンプレッサないしブースタ18は、車両のバッテリで駆動される電気ポンプを含み、該ポンプは一つ異常のタンク90に圧縮空気を充填する。タンクのアウトプットは、それぞれの空気ライン91及びソレノイドバルブ92を介して、スプリング・バイアスで閉じられた逆止めバルブ95に連結されており、該逆止めバルブは、それぞれのシリンダ・ヘッド97のインテークバルブ98と排気バルブ98’との間の、スパーク・プラグ100のインテーク・バルブ側にある穴96に挿入されている。スプリングの強さでシリンダ内部の圧力を調整する。
As shown in FIGS. 9 to 13, the air compressor or
図13に示された変形バージョンでは、スパーク・プラグ・ホルダー103に空気バルブ102を組み込んだユニット101によって、シリンダ・ヘッド中に別の穴を設ける必要がなくなっている。
In the modified version shown in FIG. 13, the unit 101 incorporating the
ソレノイドバルブの逐次作動は、それぞれの信号配線104でバルブに接続されたコンピュータ20によって制御される。
The sequential operation of the solenoid valve is controlled by a
さらなる信号配線によって、コンピュータ20を、酸素センサ106に連結し該センサから測定値を受信し、(配線105で)イグニッション108に、(配線107で)予熱器13のインジェクタに連結する。
With further signal wiring, the
典型的な始動シーケンスにおいて、イグニッション・キーをイグニッション108に挿し込むと、コンピュータに対し、赤色警告ランプ(LED)(図示せず)を点灯させ、制御信号線を介して、冷始動ヒータ40を作動する信号を送信して、約3〜5秒間、少量の燃料(例、20〜25mg)を所定の温度に予熱させ、その後警告ランプを消灯させるよう信号伝達がされる。その後、運転者はイグニッション・キーを回してエンジンを始動させる。これに応じ、コンピュータは、ラジエータ流体の温度と、ガス化装置12の低温ステージ13を通り循環するラジエータ流体とを照合しながら、おおよそ一分間の暖気運転を割り当てる。該流体温度が約60℃に達したとき、第二の霧化ステージは、ほぼ200〜300℃である。
In a typical start-up sequence, when the ignition key is inserted into the
コンピュータは、酸素センサ読み取りとスロットルの位置とからラムダ(空気/燃料比)を調節し、これにより、予熱器11及びガス化装置12に送られる燃料の供給を制御する。コンピュータ20は、作動可能に従来型の車両コンピュータに接続されており、該車両コンピュータはパワーを要求するスロットル踏み込みを受けて感知された真空度の増加を表す信号に応じて、第一低温予熱器11の燃料レールからの燃料噴射応を増加し、同時に、該コンピュータは、酸素センサが感知した酸素含有量に応じて、ソレノイドバルブを作動させ、(パワーモードに対応して)個々のシリンダへの圧縮空気の供給を増加し、クルーズ状態のより低い真空度圧力にあっては、これに応じ(エコノモード時のパフォーマンスに対応して)供給をゼロに落とし、この状態では、燃料レールからの燃料噴射はほぼゼロで、エンジンに供給される燃料は、ガス化装置12で霧化されスロットル・インテークを介して送られるものだけとなる。燃料レールに供給される熱はエンジンの運転温度に依存し、該レール中の燃料の上昇された温度と圧力とは、戻し燃料ラインに狭窄部ないし0.1〜0.3mmのベンチュリ径を設け、燃料の燃料タンクへの戻りフローを制限することによって維持される。許容可能な最高温度は燃料の種類に依存し、大気圧の約2倍圧力で、ガソリンについては70〜90℃、アルコールについては約80〜100℃であり、こういった高い圧力により、燃料を蒸発させずに過熱することが可能になる。
The computer adjusts the lambda (air / fuel ratio) from the oxygen sensor reading and throttle position, thereby controlling the supply of fuel sent to the
クラッキング工程は、代替(メタノール・ベース)燃料からより多くの酸素、水素、及び炭素を放出させ完全燃焼度を高め、一方で、低減された温度によって、ガス化装置からシリンダへ投入される燃料の酸素濃度が増大する。 The cracking process releases more oxygen, hydrogen, and carbon from alternative (methanol-based) fuels, increasing complete burnup, while reducing the temperature of the fuel entering the cylinder from the gasifier. Oxygen concentration increases.
M85及び100ガソリンを用いた場合の本発明システムの排ガスを、予熱工程又はエアブースタのない、標準的ガソリン作動のエンジンのものと比べた、一般的な性能データ比較表を示す。 Figure 2 shows a general performance data comparison table comparing the exhaust gas of the system of the present invention with M85 and 100 gasoline to that of a standard gasoline-operated engine without a preheating step or air booster.
MFS(M85) レギュラーガソリンエンジン MFS(100GAS)
CO 0.01ppm 0.50ppm 0.01ppm
HC 20 650 20
NOX 175 3500 400
CO2 13 16 12.5
ラムダ 1.15 1.00 1.29
MFS (M85) Regular gasoline engine MFS (100GAS)
CO 0.01ppm 0.50ppm 0.01ppm
Lambda 1.15 1.00 1.29
CO、HC、及びNOXの排ガス濃度の低減に関して、環境に好ましい影響が相当にあることは明白である。 It is clear that there is a considerable positive impact on the environment with regard to reducing the exhaust gas concentrations of CO, HC and NOX.
従来、所与のパワー出力に必要なM85(85%メタノール、15%ベンゼン)の消費量は、メタノールのカロリー値が、ガソリン/石油系よりも大幅に低いので、ガソリンよりもはるかに大きかった。しかしながら、本発明のガス化装置/霧化装置は、燃焼の効率/完全性を向上させ、ひいては、メタノールのパワー出力を、少なくとも標準エンジンのガソリン並みに増大させるのに十分効果的であり、揮発度を改良するためベンゼン添加のないメタノールを使った場合でも、従来エンジンにおけるガソリンと同等なパワー出力を得ることができる。必然的結果として、ガソリンを使う場合、本発明の霧化の強化及び他の特質の結果として、燃費効率を、例えば、従来エンジンの24m.p.g.から36m.p.g.に向上することができる。 Traditionally, the consumption of M85 (85% methanol, 15% benzene) required for a given power output has been much greater than gasoline because the caloric value of methanol is significantly lower than gasoline / petroleum. However, the gasifier / atomizer of the present invention is sufficiently effective to improve combustion efficiency / integrity and thus increase the power output of methanol at least as high as gasoline of a standard engine. Even when methanol with no benzene added is used to improve the power, it is possible to obtain the same power output as gasoline in conventional engines. As a consequence, when using gasoline, fuel efficiency can be improved, for example, from 24 m.p.g. to 36 m.p.g. for conventional engines, as a result of the enhanced atomization and other attributes of the present invention.
図14に示されるようなディーゼル及びメタノール型エンジンへの適用においては、メタノールのためのインジェクタを有する円筒形初期反応装置チャンバ・セクション124が、エアフィルタ・インテーク85’とターボチャージャ125のインテークとの間に設置される。燃料分配箱123は、追加タンクからの代替燃料種のメタノールの追加供給を、120度間隔に配置された個別のインジェクタに連結された3つの分岐(エンジンのサイズに応じ1から3まで)に分割する。ターボに生成された熱−この熱は(反応装置の影響なしで)約摂氏1000度に達する、は、これを通って吸引される燃料/空気流に伝達される。反応装置の作用により、ターボの温度は約摂氏200度に、燃料/空気混合体アウトプットは約摂氏10〜20度ないし常温に降下され(従来型のインタクーラは必要なく)、酸素利用度の増大、クラッキングと燃料温度低下とによる濃縮度ないし密度の上昇の結果、従来型のターボ運転に比べて、エンジン効率が向上する。さらに、この温度の低下によりターボの寿命が延長されることになる。各インジェクタは、コンピュータに制御され、2〜3ミリ秒間作動する。いくつかの個別のインジェクタを備えることにより、クラッキング/ガス化を最大化するためのエンジンに対する較正を容易にすることができる。インジェクタのサイズ及び数は、エンジン・サイズに基づいて計算される。
In application to diesel and methanol type engines as shown in FIG. 14, a cylindrical initial
ディーゼルにおいては、ディーゼル燃料のメイン・タンク(図示せず)に加えて代替燃料の別タンクが備えられ、代替燃料だけが、ターボを通しインジェクタ(単数又は複数)を介して供給される。 In diesel, in addition to a main tank (not shown) of diesel fuel, a separate tank of alternative fuel is provided, and only the alternative fuel is supplied through a turbo and injector (s).
本システムコンピュータは、車両中の従来式コンピュータとリンクはしていないが、従来式のコンピュータは、本システムコンピュータを補完するやり方で、従来式インジェクタに供給される燃料の量を増減し、反応装置インジェクタに送られる燃料の減少又は増加に起因するパワーの一切の不足又は過剰を補償することになる。 The system computer is not linked to a conventional computer in the vehicle, but the conventional computer increases or decreases the amount of fuel supplied to the conventional injector in a manner that complements the system computer, and the reactor. Any shortage or excess of power resulting from a decrease or increase in fuel delivered to the injector will be compensated.
例えば、大きなエンジン・パワーが必要なとき、本反応装置システムだけでは不十分なパワーしか引き出せないことがあり、従来式コンピュータはパワー不足を検知し、従来式インジェクタへの燃料供給を増加して対処する。低パワー・モードにおいて、該反応装置システムから引き出されるパワーで十分な場合、主コンピュータは、従来式インジェクタへの燃料供給を低減又は停止する。 For example, when large engine power is required, this reactor system alone may be able to draw insufficient power, and conventional computers detect power shortages and increase the fuel supply to conventional injectors. To do. In low power mode, if the power drawn from the reactor system is sufficient, the main computer will reduce or stop the fuel supply to the conventional injector.
冷始動はディーゼル(電気予熱のないもの)にだけ使われる。本システムコンピュータがエンジンの温度が十分上昇したことを感知したとき、該コンピュータは反応装置インジェクタを起動する。 Cold start is only used for diesel (no electric preheating). When the system computer senses that the engine temperature has risen sufficiently, it activates the reactor injector.
後に記載する後で開発された実施形態において、反応装置チャンバは、単一の加熱セクションだけを有し、これには噴射の前に別のクラックされた燃料部分を予熱する工程はない。該反応装置は、エンジン冷却剤、排気熱、又はターボチャージからの熱のいずれか一つだけによって加熱される。図2及び3に示された低温液体燃料予熱器11、ラジエータ流体により加熱される低温熱交換器13、及びメッシュ・ライニング62は全て省略されている。
In later developed embodiments described below, the reactor chamber has only a single heating section, which does not have the step of preheating another cracked fuel portion prior to injection. The reactor is heated by only one of engine coolant, exhaust heat, or heat from a turbocharge. The cryogenic
図16に示された給気ガソリン・システムでは、参照を容易にするため、先に説明したのと類似のものには、先の参照番号を割当てている。 In the charge gasoline system shown in FIG. 16, for ease of reference, like reference numbers have been assigned to those similar to those previously described.
図19a及び19bにはクラッキング反応装置250が示されており、これは2つのステージを有せず、低温及び高温の双方に適した単一のステージを有し、循環エンジン冷却剤又は排気マニホルドとの係合によりそれぞれ加熱され、本実施形態においては、従来型(4シリンダ)のエンジンすなわちエンジン2の排気マニホルド69’上に(冷却剤なしに)搭載されている。単一のタンク79’は、事前選定された代替燃料(又は従来のガソリン)を、燃料ライン4を介してメインの従来式噴射ポンプ3に、分流部分を分岐ライン5を介して反応装置のインジェクタ57’に供給する。アクセル・ペダルが踏まれスロットル・バルブ7が開かれたとき、ライン6を介して外気がインテーク・マニホルド8に供給され、分流部分が分岐ライン9を介して電気空気ポンプ19に、そこから制御バルブ26を介して反応装置チャンバに供給される。
19a and 19b show a cracking
反応装置チャンバからのクラックされた燃料/空気混合体アウトプットは、ライン130を経由してスロットル・バルブ7の下流の空気インテーク・マニホルドに送られ、外気のインテークと混合される。追加コンピュータ(制御システム)20’は、空気ポンプ19、ターボ出力バルブ26、及びクラッキング・インジェクタ57’に接続された制御(信号)配線を有し、さらに、電気スピードメータ131、エンジン冷却剤アウトプット温度計132、燃料種類センサ133、及びアクセル・ペダル位置センサ134から(又は、クルーズ制御の場合は、ライン135経由で、インジェクタ内の車両運動に対する真空度センサから)作動パラメータ信号を受信する信号配線を有する。該コンピュータは、車両運動が検知された場合であっても、バルブ26を開きターボを始動する前に約2〜4秒間の待機状態を設け、過剰なトルク急負荷によりギアボックスが損傷されるリスクを回避する。
The cracked fuel / air mixture output from the reactor chamber is sent via
反応装置チャンバ中への高圧空気の噴射は、酸素レベルを増加し効率を向上してパワーを上昇させる。また、これによって、耐熱性コンポーネントの必要性と、個別のシリンダ中への空気注入に必要な4つの個別の組立品の必要性とが回避される。 The injection of high-pressure air into the reactor chamber increases the oxygen level and efficiency, increasing power. This also avoids the need for heat resistant components and the need for four separate assemblies required for air injection into individual cylinders.
該ターボガソリンの実施形態では、任意の一時点では単一種の燃料、例えばガソリン又はM85、だけを使用しているが、図17及び18に示されたディーゼル及びターボディーゼルシステムは、ディーゼルに加え、代替種の燃料源を利用し、該燃料だけが反応装置でクラックされる。アイドル時には、ディーゼルだけがエンジンに動力供給し、パワー・モードにおいてもディーゼルの一部が依然としてエンジンに動力供給する。 While the turbo gasoline embodiment uses only a single type of fuel, such as gasoline or M85, at any one time, the diesel and turbo diesel systems shown in FIGS. Using an alternative fuel source, only the fuel is cracked in the reactor. When idling, only diesel powers the engine, and some of the diesel still powers the engine even in power mode.
図17のディーゼル・システムにおいて、外気の一部は、エアフィルタから単に吸引圧力だけで、高圧(3〜4大気圧)で噴射するよう調整された2つの反応装置インジェクタを備える反応装置に分流される。ディーゼルは、常にメインタンク(図示せず)から、従来式噴射ポンプに供給され、代替燃料の供給は、システム・コンピュータ/制御システム146の命令に従い、ポンプ144によって、代替燃料の追加タンク145から反応装置にポンプ送流される。コンピュータ146は、燃料種類センサ147及び燃料レベル・センサ148それぞれの両方と、エンジン冷却剤温度計と、アクセル・ペダル位置150又はスロットル・バルブ位置151と、インジェクタ真空度センサ152とから情報を受信するため接続された入力パラメータ信号ライン群を有する。アイドル・モードでは、ディーゼルだけが供給され、パワー・モードでは両方の燃料が供給される。
In the diesel system of FIG. 17, a portion of the outside air is diverted to a reactor comprising two reactor injectors that are adjusted to inject at high pressure (3-4 atmospheric pressure) with only suction pressure from the air filter. The Diesel is always supplied from a main tank (not shown) to a conventional injection pump, and the supply of alternative fuel is reacted by the
95%ものパワー増力が記録されているが、コンピュータは、過剰なエンジンコンポーネントへの応力を避け安全運転をするため、パワー増力を35%までに抑える。 Although a 95% power boost is recorded, the computer keeps the power boost to 35% to avoid excessive stress on the engine components and drive safely.
図18に示されたターボディーゼル・システムの、反応装置チャンバの下流部分は、図14に関連して前に説明したように、ターボチャージャ本体の内部によって形成されている。制御コンピュータによって入力される前述したとの同様な入力が感知される。クラッキングを持続するエネルギーは、ターボチャージャの熱から取得される。 The downstream portion of the reactor chamber of the turbodiesel system shown in FIG. 18 is formed by the interior of the turbocharger body, as previously described in connection with FIG. An input similar to that described above input by the control computer is sensed. The energy that sustains cracking is obtained from the heat of the turbocharger.
図19a及び19bに示されたクラッキング反応装置の実施形態は、アルミニウム壁251と、空気取入れ開口管(図示せず)及び燃料クラッキング・インジェクタ255が設置された軸方向の一端に、空気取入れ開口252と燃料取入れ開口253とを有する単一のチャンバ250だけを含む。軸方向の反対端には、クラッキング済み燃料/空気混合体の放出開口256が形成されている。壁の肉厚内部にダクト257、258が形成され、チャンバを加熱するために高温になったエンジン冷却剤が循環される。熱交換装置259が、チャンバの内側に搭載され、該装置は軸方向の中心背骨状ストリップ260を含み、その両面に一組ずつ、3つの等間隔配置された熱交換反射フィン261の列が二組伸びており、該フィンは、そのそれぞれの自由端262のサイズが順次に大きくなっており、チャンバ壁に向かって外側に伸び、混合渦を生成する。後続するフィンは、先行のフィンよりも厚み及び長さが大きい。第二及び第三フィンは、それぞれ、第一フィンの外側端と軸方向に合わされた、60〜80ミクロン細孔サイズのメッシュ・スクリーン264を有し、十分クラックされた分子を有するより小さな霧化液滴又はガス化された燃料分子だけが、メッシュを直接パスし、放出口に通過するが、より少ない未クラックの分子を有する大きな液滴は、メッシュからそれて渦に戻り、チャンバ壁とフィンとによってさらに加熱され、これによりチャンバ内での燃料の滞在期間が延長され、暴露が増加されてクラッキング増進のためのさらなる曝露が可能になる。背骨状ストリップ及びフィンは、銅などの熱伝導性で反射性の材料で製作される。第一の最小のフィンは、2mm厚さの銅シートであり、第二の中間フィンは4mm厚で、第三の最後のフィンは6mm厚である。空気取り入れ開口は、取り入れた空気を背骨状ストリップの対面のそれぞれに均等に配分するため、細長、背骨状ストリップの長手方向の一端部を横切って延びている。
The embodiment of the cracking reactor shown in FIGS. 19a and 19b has an
放出口256は、燃料/空気混合体が層流となって放出口を通り流出できるように、漏斗形状になっている。 The discharge port 256 has a funnel shape so that the fuel / air mixture can flow through the discharge port in a laminar flow.
熱交換フィンは、燃料/空気混合体のクラッキング温度が低下し過ぎるのを防止するため、放出管(図示せず)の上に搭載されている。 Heat exchange fins are mounted on the discharge pipe (not shown) to prevent the cracking temperature of the fuel / air mixture from being too low.
代替燃料としてアルコールが使われ、チャンバ内でクラックされる場合は、該チャンバ内を高温になったエンジン冷却剤を循環させることで、クラッキングが持続されるが、ガソリン及び高い蒸発温度を有する他の燃料に対しては、相当に高い温度に加熱するために、チャンバを排気マニホルドに単に固定するか、あるいは、他の方法で該マニホルドに設置した取付け台に搭載する。 If alcohol is used as an alternative fuel and cracked in the chamber, circulating engine coolant that is hot in the chamber will sustain cracking, but gasoline and other fuels with high evaporation temperatures For fuel, the chamber is simply fixed to the exhaust manifold or otherwise mounted on a mounting base on the manifold in order to heat it to a fairly high temperature.
概略的に図20a及び20bに示されるように、クラッキング反応装置が存在することにより、マニホルドに流入する燃料/空気混合体の温度は、該反応装置がない中での空気単独の温度に比べ、従来型のターボチャージャが設置されている場合で(数値的には)約80%、ターボチャージャが無い場合で(数値的には)約35%、それぞれ低減される。 As schematically shown in FIGS. 20a and 20b, due to the presence of the cracking reactor, the temperature of the fuel / air mixture entering the manifold is compared to the temperature of air alone in the absence of the reactor. When a conventional turbocharger is installed, it is reduced by about 80% (numerically), and when there is no turbocharger (numerically), it is reduced by about 35%.
Claims (34)
取入れ口及び前記エンジンのインテーク・マニホルドに連結された放出口を有する反応装置チャンバを備えるステップと、
前記反応装置チャンバの前記取入れ口に、前記メイン燃料噴射システムに追加された燃料クラッキング・インジェクタ、及び空気供給源を備えるステップと、
エンジン運転中に、エンジン運転に必要な前記燃料の一部だけを、常温の液体として前記追加燃料クラッキング・インジェクタに供給するステップと、
前記燃料クラッキング・インジェクタを作動し、前記燃料部分を前記反応装置チャンバの前記取入れ口中に噴射して、これにより、前記反応装置チャンバ内で、前記噴射された燃料部分の圧力低下によるクラッキングを開始させ、燃料/空気混合体を形成するステップと、
通常高温で作動している従来型エンジンのコンポーネントから放出される熱エネルギーを前記反応装置チャンバに加えて、前記反応装置チャンバ中の前記燃料の連続的クラッキングを持続し、クラックされた燃料が、常温を超えない燃料/空気の連続的ストリームとして前記インテーク・マニホルドにアウトプットされるようにするステップと、
を含む方法。 A method for improving the performance of an internal combustion engine having a conventional liquid fuel supply and fuel injection system comprising:
Providing a reactor chamber having an inlet and an outlet connected to an intake manifold of the engine;
Providing the inlet of the reactor chamber with a fuel cracking injector added to the main fuel injection system and an air supply;
Supplying only a portion of the fuel required for engine operation during engine operation to the additional fuel cracking injector as a liquid at normal temperature;
Activating the fuel cracking injector and injecting the fuel portion into the inlet of the reactor chamber, thereby initiating cracking in the reactor chamber due to a pressure drop in the injected fuel portion. Forming a fuel / air mixture;
Thermal energy released from conventional engine components that are typically operating at high temperatures is applied to the reactor chamber to maintain continuous cracking of the fuel in the reactor chamber so that cracked fuel is Output to the intake manifold as a continuous fuel / air stream not exceeding
Including methods.
取入れ口及び放出口を有するチャンバを含む燃料クラッキング反応装置と、
空気供給源を前記取入れ口に連結する手段と、
燃料を高圧で前記反応装置取入れ口中に噴射するよう配置された、前記クラッキング・チャンバに対する燃料クラッキング・インジェクタと、
前記放出口を前記内燃エンジンのインテーク・マニホルドに連結するための手段と、
事前選定されたエンジン・コンポーネントから通常運転中に放出される廃熱を、前記チャンバに供給するための手段と、
エンジン運転中、エンジン燃料の一部を、エンジン運転を持続するのに必要程度の常温で、前記クラッキング・インジェクタに供給するための手段と、
a)エンジン冷却剤の温度を検知するためのエンジン温度検知手段、
b)エンジン・アクセル・ペダルの位置又はスロットルバルブ位置のいずれかを検知するための手段、及び
c)エンジン燃料タンク内にある燃料の種類を感知するための手段、
からの信号受信するよう接続されたコンピュータ制御システムと、
を含み、
前記コンピュータ制御システムは、前記クラッキング・チャンバが、連続的クラッキングを持続するのに十分な温度に達するため必要な、前記エンジンの最低温度に適った信号が、前記エンジン温度検知手段から受信されたのに応じ前記クラッキング・インジェクタの作動を開始するようプログラムされており、前記噴射された燃料部分は空気と混合され、前記選定されたエンジン・コンポーネントから供給される前記熱エネルギーによって持続される前記チャンバ内の連続的クラッキング処理を経て、前記クラックされた燃料は、常温を超えない温度の連続的燃料/空気ストリームとして前記インテーク・マニホルドに送られる、
システム。 A system for improving the performance of an internal combustion engine having a main fuel supply and combustion system,
A fuel cracking reactor including a chamber having an inlet and an outlet;
Means for connecting an air supply to the intake;
A fuel cracking injector for the cracking chamber arranged to inject fuel at high pressure into the reactor inlet;
Means for connecting the outlet to an intake manifold of the internal combustion engine;
Means for supplying waste heat to the chamber that is released during normal operation from preselected engine components;
Means for supplying a portion of engine fuel to the cracking injector during engine operation at a room temperature necessary to maintain engine operation;
a) engine temperature detecting means for detecting the temperature of the engine coolant;
b) means for sensing either the position of the engine accelerator pedal or the throttle valve position; and c) means for sensing the type of fuel present in the engine fuel tank;
A computer control system connected to receive signals from,
Including
The computer control system has received from the engine temperature sensing means a signal suitable for the minimum temperature of the engine necessary for the cracking chamber to reach a temperature sufficient to sustain continuous cracking. And is programmed to initiate operation of the cracking injector, wherein the injected fuel portion is mixed with air and maintained in the chamber sustained by the thermal energy supplied from the selected engine component. Through the continuous cracking process, the cracked fuel is sent to the intake manifold as a continuous fuel / air stream at a temperature not exceeding room temperature.
system.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/US2006/023291 WO2006138452A2 (en) | 2005-06-15 | 2006-06-15 | Improving performance of internal combustion engines |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009540214A true JP2009540214A (en) | 2009-11-19 |
Family
ID=37571155
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009515361A Pending JP2009540214A (en) | 2006-06-15 | 2006-06-15 | Improving internal combustion engine performance |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP2061960A2 (en) |
JP (1) | JP2009540214A (en) |
CN (1) | CN101506493A (en) |
AU (1) | AU2006259392A1 (en) |
WO (1) | WO2006138452A2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015227642A (en) * | 2014-06-02 | 2015-12-17 | 株式会社デンソー | Fuel rail |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012110846A1 (en) * | 2011-02-15 | 2012-08-23 | Baubek Nariman Askaruly | Internal combustion engine |
CN106499546A (en) * | 2016-12-26 | 2017-03-15 | 重庆金之川动力机械有限公司 | A kind of clean energy resource dynamical system and driving method |
CN108301907B (en) * | 2018-02-11 | 2020-10-30 | 哈尔滨工业大学 | A waste heat recirculation type internal combustion engine using tail gas cracking fuel |
CN112196634B (en) * | 2020-10-16 | 2022-12-30 | 南昌智能新能源汽车研究院 | Power generation system based on cooling circulation loop of automobile internal combustion engine and CFD simulation optimization method thereof |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4884531A (en) * | 1988-06-30 | 1989-12-05 | Mobil Oil Corporation | Operation of an internal combustion engine with a pre-engine reformer |
CA2349508C (en) * | 2001-06-04 | 2004-06-29 | Global Tech Environmental Products Inc. | Electrolysis cell and internal combustion engine kit comprising the same |
US7191736B2 (en) * | 2003-01-21 | 2007-03-20 | Los Angeles Advisory Services, Inc. | Low emission energy source |
US7401578B2 (en) * | 2004-05-21 | 2008-07-22 | Gemini Energy Technologies, Inc. | System and method for the co-generation of fuel having a closed-loop energy cycle |
US7013845B1 (en) * | 2004-10-29 | 2006-03-21 | Hydrofuel Systems, Inc. | Emissions reduction system for an internal combustion engine |
-
2006
- 2006-06-15 AU AU2006259392A patent/AU2006259392A1/en not_active Abandoned
- 2006-06-15 JP JP2009515361A patent/JP2009540214A/en active Pending
- 2006-06-15 WO PCT/US2006/023291 patent/WO2006138452A2/en active Application Filing
- 2006-06-15 CN CNA2006800556143A patent/CN101506493A/en active Pending
- 2006-06-15 EP EP06784924A patent/EP2061960A2/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015227642A (en) * | 2014-06-02 | 2015-12-17 | 株式会社デンソー | Fuel rail |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2006138452A2 (en) | 2006-12-28 |
CN101506493A (en) | 2009-08-12 |
AU2006259392A1 (en) | 2006-12-28 |
WO2006138452A8 (en) | 2008-04-03 |
EP2061960A2 (en) | 2009-05-27 |
WO2006138452A3 (en) | 2007-11-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20210254541A1 (en) | Internally cooled internal combustion engine and method thereof | |
RU2692162C2 (en) | Method (versions) and system for engine | |
US7478628B2 (en) | Vapor and liquid fuel injection system | |
US11473491B2 (en) | Systems and methods for reducing engine overheating using liquid fuel | |
JP2016501334A (en) | Internally cooled exhaust gas recirculation system and method for internal combustion engines | |
CN104421013A (en) | Method and system for gaseous and liquid fuel injection | |
JP2009540214A (en) | Improving internal combustion engine performance | |
GB2436855A (en) | Combustion apparatus, eg diesel engine, with exhaust gas recirculation | |
US20110197850A1 (en) | Fuel supply system | |
US20070022976A1 (en) | Performance of interal combustion engines | |
CN114562397A (en) | Ammonia-hydrogen mixing internal combustion engine structure based on in-cylinder ammonia gas cracking and control method | |
CN113217231A (en) | Fuel supply system and vehicle | |
KR20090028772A (en) | Performance improvement system and method of internal combustion engine | |
CN116428081A (en) | Fuel supply and control system of ammonia engine | |
US20140251236A1 (en) | Hydrogenation system for internal combustion engine | |
Rehman et al. | Influence of coolant temperature on the performance of a four stroke spark ignition engine employing a dual circuit cooling system | |
CN116378868B (en) | Engine air intake injection system and control method | |
JP2003097355A (en) | Reformed gas engine | |
CN113968121B (en) | Vehicle heating method | |
JP2001227353A (en) | Internal combustion engine having a combustion heater | |
CN103925122B (en) | Hydrogenation unit for internal combustion engines | |
CN119412262A (en) | A structure and method for cold starting a methanol engine | |
CN119933903A (en) | Cooling system of natural gas engine and control method thereof | |
JP2002070663A (en) | Internal combustion engine having a combustion heater | |
Gaiser et al. | The Fuel Processor for Accelerated Catalyst Light-Off and Engine-Independent Active Regeneration Measures |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A072 | Dismissal of procedure [no reply to invitation to correct request for examination] |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A073 Effective date: 20101022 |