JPH03503196A - 燃料の酸素富化 - 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】 発明の名称 燃料の酸素富化 発明の分野 本発明は、燃料、特にこれ番こ限定されること番よなし１力３、ディーゼルエン ジン用燃料の酸素富イヒの改良番こ関する。　したがって、本発明はディーゼル およびスノ＜−り　イグニッション　エンジンにも同等に適用可能である。 発明の背景 ディーゼルおよびスパーク　イグニ・ソション（火花点火式）エンジンの酸素富 化の可能性は永し）間研究主題であった。　例１性能および排気ガスに及ぼす酸 素富イヒの効果Ｊ　　（ＳＡＥペーノ（−８３０２４５、１９８３）ならびにフ ォラグー　エイ、エイ　「酸素富イヒ空気を使用したスパーク　イグニ・ソショ ン　エンジンの打ト気１９７８　）を参照。　これらの研究者の知見によれば、 使用燃料を富化するために酸素を添加すれば、排気ガス中の炭化水素放出量は減 少するが、窒素酸化物の放出量が多くなる。　更に重要なことには、燃料消費量 は改善されないばかりか、むしろ実際には多（なり、酸素の富化はさして利益は もたらさないということが判明した。 したがって、本発明の目的は酸素富化において顕著な改良をなそうとするもので ある。 重質燃料油は、従来より、舶用ディーゼルエンジン以外の大部分の高速ディーゼ ルエンジンに使用するには不適当である。 その困難性は、この種燃料は点火が遅く、一旦点火されると極めて急速な燃焼を おこし、その結果エンジンに重大な損傷をもたらすことがあるということにある 。　例えば、残留または重質燃料油、アルコールおよびアルコール混合油、種実 油ならびに軽質ガス油と重質燃料油または石炭から得られる燃料との混合油のよ うな燃料は、これらのエンジンには燃焼用としては用いることができなかった。 したがって、本発明の他の目的は、この種燃料を上述した燃焼式エンジンに使用 可能ならしめる方法および装置を提供しようとするにある。 発明の開示 本発明の第１の態様によれば、ディーゼルまたはスパークイグニッション　エン ジンを作動するにあたり、燃焼用供給空気に酸素を富化し、これと同時に燃焼空 気中の酸素含有量の増加に起因する早期（および改良）燃焼を十分に補償するよ うにエンジンの燃料噴射または点火タイミングを調節することを特徴とするエン ジンの作動方法が提供される。 本発明の第２の態様によれば、コンプレッサな有するターボチャージャーに接続 された空気入口と、前記コンプレッサに、好ましくはその入口に接続され、かつ エンジンの空気／燃料入口に接続された酸素生成手段とを具え、前記酸素生成手 段は通常ターボチャージャーと空気／燃料入口との間でエンジンに装着されるイ ンタークーラーの代替をなすかまたはインタークーラーの大きさを相当小型化す ることを特徴とする燃料燃焼改良装置が提供される。 上述した本発明の方法および装置によれば、燃料の消費は酸素富化によって相当 改善される一方、インタークーラーの除去または小型化によって付加的な経済上 の改良が達成できることが判明した。　本発明者らの研究による知見は燃料消費 の問題′上前述した研究結果とは正反対のものであった。　これは燃料の酸素富 化を補償するために燃料の燃焼開始のタイミングを調節する必要性を認識した結 果であると考えられる。 本発明の好適例においては、燃焼空気の酸素濃度が約２２〜４０％、好ましくは ２４〜２８％に増加するように酸素生成手段を設ける。 インタークーラーを除去する利益は上述した経済性のみならず、さらに重要なこ とにはターボチャージャーのコンプレッサとエンジンとの間の装置空間を減少さ せることができるという点にある。　これにより増大した圧力で満たすべき装置 空間を小さくできるためパワー（またはトルク）の増大に対する要望にすばやく 応えることができるようになり、この結果エンジンはさらに過渡応答性がよ（な るとともにスモーク放出量は少なくなる。 本発明の他の態様によれば、本発明は、不適当ないしは燃焼困難と思われていた 燃料に酸素を富化することによって、燃料の酸化能を増大させ、これにより上記 燃料に不適当であったエンジンでの燃焼に適当となるようにする方法を提供する 。 その好適例においては、燃焼空気は酸素含有量が約２２〜４０％、好ましくは２ ４〜２８％となるように酸素富化される。 また、本発明は、エンジンと、このエンジンの燃料／空気入口に連結された酸素 源または酸素富化空気源と、燃料の酸化能を増大させてエンジンでの燃焼を適化 するよう燃焼空気に付加される酸素の量を制御する手段とを備え、不適当ないし は燃焼困難な燃料を燃焼させるための装置を提供する。 この装置の好適性においては、制御手段は燃焼空気の酸素濃度を約２２〜４０％ 、さらに好ましくは約２４〜２８％に保持する。 図面の簡単な説明 ここで、上記各態様の各々の好適実施例を添付の図面に従って説明する。 第１図は、本発明による燃料燃焼改良装置の一例を示す線図である。 第２図は、第１図に示す装置および本発明を実施する他の酸素富化装置とともに 使用するのに適する酸素生成膜の一つの形態を示す横断面図である。 第３図および第４図は、本発明にしたがって改良されたキャタピラ−ｖ８ディー ゼルエンジンについての相対熱効率および相対パワーを示すグラフである。 第５図ないし第１１図は、スパーク　イグニッション　エンジンのパワー、効率 および点火タイミングに及ぼす酸素富化の効果を示すグラフである。 第１２図ないし第２１図は、第３図および第４図に用いたのと同じディーゼルエ ンジンでの重質または残留油の使用に及ぼす酸素富化の効果を示すグラフである 。 好適実施例の説明 一般に「燃焼」と称されているプロセスでの主要な段階である化学反応は化学的 プロセスとともに物理的プロセスで成り立っている。　これはスパーク　イグニ ッション（以下、ＳＩと略称する）エンジンにおけるように燃料と空気の混合物 を燃焼させる場合であっても、ディーゼル（以下、ＣＩと略称する）エンジンに おけるように予混合燃焼および拡散燃焼の組合わせの場合であっても同じである 。　　ＳＩエンジンにおける物理的プロセスは、燃焼ガスからの未燃焼ガスへの 熱伝達が燃焼速度に果す作用として規定される。　これらのプロセスは流れの場 における熱伝導および乱流混合によって影響を受ける。 ディーゼルエンジンではこのプロセスは一層複雑である。　高温圧縮空気に噴射 される燃焼噴霧は燃料を小滴に霧化し、これらの小滴が蒸発して周囲の空気中に 拡散し、燃料の着火限界内の可燃混合物をつくり出す。　この混合物は高温流体 を発生して燃焼し、この高温流体内にさらに燃料が噴射される。　この燃料の燃 焼は燃料流の領域における酸素の利用可能性によって制限され、したがってこの 混合がこの第２段階の「拡散」燃焼に重要な役割を果す。 しかしながら、燃焼のいかなる場合にも、基本的な化学的プロセスは連鎖反応を 含む。　燃料および酸素の局部的濃度の生成物（増殖物）は化学反応が進行する 速度に影響する。　燃焼空気中の酸素濃度が増加し、不活性の窒素の濃度が減少 すると、化学反応は加速されることになる。　これはＳＩおよびＣＩエンジンな らびにバーナーでの燃焼炎においても全ての燃焼プロセスにあてはまることであ る。　ルイスおよびフオンエルベ、燃焼炎と爆発（アカデミツク　ブレス　１９ ６１）　９３８２には、酸化性混合物中で酸素濃度が２１％（通常の空気）から １００％（純酸素）に上げられると、水素の最大炎速度は３．５の係数で増加す ることが記載されている。 往復内燃機関では燃焼速度が増加すれば燃焼のための全時間は減少することにな る。　燃焼時間が短かければ短かいほど、理想のオツトーサイクル　プロセスに より密接に近似することになり（リッチ−１「コンパッション　エンジン　ブロ セシズ」マグロウヒル　１９６７　ｐ１２ｇを参照）、その結果いわゆる「タイ ムロス」が減少してエンジンサイクル当りの仕事量を増大させることになり、エ ンジントルク（および所定速度でのパワー）を増大させることになり、そしてエ ンジンの熱効率を増大させる（燃料消費率を減少させる）ことになる。 したがって、ＳＩエンジンでは酸素濃度が増加すれば燃焼時間は減少する。　Ｃ Ｉエンジンでは燃料の調合が良い場合には初期（予混合）プロセスのための時間 が僅かばかり減少するにすぎないが、しかし重質またはより粘稠の燃料の場合の ように燃料を微細な小滴にすることが困難なときには、この利益は大きなものと なる。　いずれにしても拡散燃焼段階が助長されるのである。 欠点の観点では内燃機関にはいくつかの小さな不利益がある。　すなわち燃焼が 速くなれば燃焼温度が高くなり、したがってヒートロスが幾分増大する。　この 影響は燃焼時期を正確に調時することによって軽減できる。　この正確な調時は いかなる場合であっても仕事出力を最大にするためには圧力上昇率の増大と正確 に位相を一致させる必要があることである。 前述した燃焼プロセスの記載からいかなる燃料の燃焼速度も酸素濃度の増加によ り改良されることがわかる。　前述した文献の中のフォラグー　エイ、エイによ って報告されているように、ＳＩエンジンが所定の動力出力において改良された 燃焼を補償するには、一層スロットル制御を行うことが必要であり、これにより 増大したボンピングワークは改良された燃焼速度からの利得を相殺することがあ りうる。　ディーゼルエンジンでは、増大した燃焼速度の利益をエンジンタイミ ングの再最適化によって得なければ、その場合再び利益は看過されることになる （上述のゴージエルなと参照）。 酸素富化で最も優れた性能を与える燃料は各エンジン形式で既に知られている困 難性を有するものである。　大部分の炭化水素燃料よりも低い炎速度を有するメ タン（またはメタノール）はＳＩエンジンにおいて最も良い応答を発揮する。 ディーゼルエンジンでは２つのカテゴリーの燃料が最大の応答を示す。 （ａ）拡散段階における燃焼に備えるのが困難な燃料二重質で未精製の燃料油、 ひまわり、アブラナおよびビーナツツのような植物油 （ｂ）メタノールのような、ディーゼルエンジンでは点火困難な燃料 第３図のグラフに示す試験データの示すところによれば、酸素組成物を変えると エンジン性能が相互作用を受ける結果、効率またはパワーに応じて最適化する際 通常はタイミングを酸素濃度に関連して変える必要があるであろうし、これに加 えてエンジンのタイミング制御装置に存在するタイミング制御機能を再最適化す る必要があるであろう。　例えば、第３図〜第１１図のグラフに示される試験に 先行する単一シリンダ一式ディーゼルエンジンでの結果から、フルロード１７０ ０ｒｐｍのエンジン速度では、酸素濃度が３０体積％に増加したときには、１０ 度のクランク角の遅延の燃料噴射タイミングが必要であった。　　１７００ｒｐ ｍでの対応する遅延は１７度であった。 しかし、Ｋ９４０重質燃料油では必要とする噴射タイミングの遅延はより小さく 、０〜３度の範囲の遅延であった。　部分負荷状態では３０％未満の酸素が最大 効率を与えた。　これらの状況下では噴射タイミングは０〜１２度の範囲で遅延 させる必要がある。　所定のロードおよびスピード範囲にわたって酸素付加を最 も良く利用するためには、前述した最適酸素水準と少ない噴射タイミングの進み とを組み合わせる必要がある。 燃料品質の変更ならびに酸素付加の概念を含むタイミングの変更は点火時のクラ ンク角で一５〜＋２５度の範囲内にあると思われる。　２５度は２５度遅れてい る点火タイミングまたは２５度遅延されている。　ゴージエルなどの文献で述べ ている研究の欠点は、噴射、タイミングを変えて酸素富化による利点を確認する 試みを怠っていることである。　タイミングを固定していた場合には、効率が減 少するという点では我々の研究と彼等のものとは一致している。　また、直接噴 射式ディーゼルエンジンで見い出されている利点は間接噴射式ディーゼルエンジ ン（ＩＤＩという）で可能である利点よりも大きいであろう。 ここで、主燃焼室と予燃焼室との間の小さな接続通路から吸入される充填空気に 関連する熱損失ならびに排気される燃焼ガスに関連する熱損失はエネルギ効率上 相当な損失となることもよく知られていることである。 フォラグーの研究によると、標準型Ｓ■エンジンで中速レンジ、部分負荷作動点 を評価する試験を実施したが、都市区域で運転するときにみられるエンジン作動 条件の種類によく関連していた。　すなわち、酸素水準が増大して燃焼が改善さ れると、スロットルを絞ってパワーを所定値に戻すように減少させる必要があっ た。　文献ではボンピングワークが増大することならびにスロットルが絞られた エンジンの体積効率は減少することは同じことである。　平易にいえば、最大出 力で酸素を付加することによりより多（の燃料が燃焼させられ、したがってエン ジンのパワー出力をターボまたはスーパーチャージングしたのと同様に上昇させ ることができる。　このように文献で有効とされる比較は同じ最大出力時のおよ び同じ部分負荷時のエンジンである。　酸素富化時のエンジンは排気量がより小 さくできるであろうし、エンジンの効率はスロットル（というよりむしろマニホ ルド空気圧）が各ケースで同じであれば増大する。 エンジンを小型化すればアイドル時の燃料消費量が低くなる傾向にあることによ って例示されるように、他の要因が同等ならば、エンジンの小型化によりエンジ ン摩擦が減少するのでさらに効率は増大することになろう。 また、酸素付加により可能なより薄い混合物比で走行すれば燃料−空気混合気の 比熱比が変化したときに生ずる効率における理論的オツトーサイクルのシフトの 利点を受けることにより、効率はさらに改善される。 この比熱比は化学量論比の炭化水素燃料−空気混合気では約１．３であり、５％ の燃料を含む混合気では１．４に増加し、通常の圧縮比では理論効率で約５〜８ ％の改良となる。　このシフトはさらに１〜２％（効率の絶対増加）生ぜしめる ことができる。 最初に酸素の付加は、特に低品質の燃料で作動する際に、点火プロセスならびに 拡散燃焼プロセスを助長するよう最適化できるであろうことが確認された。　し たがって、大型の舶用ディーゼルエンジンのシリンダ内の最初の噴射燃料の周囲 の局部的富化は点火プロセスを加速するか、より重質の燃料の使用を許容するか 、あるいは双方を可能とするであろう。　この酸素層状給気エンジンでの酸素の 量は全充填気を富化するよりははるかに少なくてすむであろうし、また多（の２ ストローク舶用デイーゼルにおいて高い割合の掃気空気がシリンダ内に保持され ないという問題を克服する。　高価な富化空気を排気ガス中にバイパスすること は望ましくないことである。　シリンダへの流入は、例えばＬＮＧ船からの気化 ガスを燃料として用いているスルザーの複式燃料舶用エンジンにおけるように補 助酸素吸入弁を用いることになろう。　この場合、全燃焼空気を富化するのに用 いられているものより一層高濃度の酸素を用いるのが好ましい。 第１図を参照するとよ（わかるように、本発明による装置は、ロード（負荷）２ を駆動するエンジン１と、エンジン１の排気ガス５によって駆動される１段また は２段コンプレッサ４を有するターボチャージャー３と、ターボチャージャー３ のコンプレッサ４の吸入口に連結された適当な形式の酸素生成膜６とを具え、酸 素生成膜６の排出口はエンジンの空気／燃料吸入ロアに接続されている。　酸素 生成膜６をコンプレッサ４の吸入口に接続するのは以下に詳述する理由から好適 であるが、膜６はコンプレッサ４からの排出口に接続してもよい。 酸素生成膜６を上述したいずれかの位置に使用することは、通常ターボチャージ ャーとエンジンの空気／燃料吸入口との間に設置されるインタークーラーを代替 することもできるし、インタークーラーの大きさを相当小さくすることもできる 。　これにより酸素富化した燃料／空気混合物の固有の利点に加えて通常のター ボチャージ式エンジンに優れる重大な利点を得ることができる。　膜６をコンプ レッサ４の後方に位置させ、そのとき膜ユニットがコンプレッサ４で発生する空 気温度に耐えることができる場合には、インタークーラーは必要ではない。 膜材料の種類によっては、圧縮空気の温度を許容水準まで下げるのに小型のイン タークーラーが必要である。　しかしこの場合、インタークーラーの大きさは従 来のターボチャージ式エンジンに必要とされていたものより相当小さくてすむ。 　その理由は、より少量の燃焼空気を圧縮して膜を通過させればよいからである （残りの燃焼空気は膜ユニットからの酸素富化空気と混合するようになる）。　 このような構成は上述したエンジンの過渡応答に殆ど害を及ぼさない。 膜６をコンプレッサ４の吸入口側に位置させる（サクションモード）場合には、 これが好ましいのであるが、インタークーラーは必要とされない。　インターク ーラーを省（ことができる利益はターボチャージャーのコンプレッサとエンジン との間の装置空間を減らすことができることにある。　これによりパワー（また はトルク）を増大させようとするときの過渡応答がよ（なる。　それは昇圧する 必要のある装置空間が小さくてすむからである。　昇圧させることはより濃い充 填式したがってより大きなパワー／トルクを意味する。　同時に、過渡的なスモ ークエミッションが少なくなる。 付加的に得られる重要な利点は、大きな伝熱面積、一般的にはフィン付の熱交換 器を有していなければならず、このため高価であるインタークーラーのコストを 回避または軽減できることである。 膜６をコンプレッサー４とエンジン人ロアとの間に位置させる場合（圧力モード ）、膜を通る空気流に所要の空気圧を与えるためには、２段のラジアルフローコ ンプレッサまたは高率の一段コンプレッサが必要となる。　このような構成にな っていないと、タービンを通る排気ガス流が十分なパワーを与えず、したがって エンジンに酸素を富化する最適水準を得ることができない。　さらに、前述した ように、高温で作動不能な材料でできている場合には、何等かの手段で膜に入る 空気を冷却する必要が生じてくる。 膜６をコンプレッサ４の吸入側に位置させる場合には、コンプレッサは（ラジア ルフロー）のバキュームポンプとなる。 このような構成では、圧力比したがって圧縮仕事量も小さいからポンプを駆動す るのに十分なタービンパワーが常に得られる。　さらに、圧力比が小さいために 、富化流をエンジンに入る通常の空気と混合するとき、富化流は吸気口で冷却す る必要は全（な（なるような吸気温度となる。　膜に入る空気はほぼ大気圧状態 にあるから、膜には特に高温性能を必要とはしない。　しかし、膜６は同じマス フローを得るには物理的に大型にする必要があると思われる。 いずれの構成でも、エンジンへの吸入空気密度の増加なしには、したがってサイ クル温度および圧力の増加なしには、あたかもターボチャージされているように エンジンは過大給気されつる。　このようにサイクル温度および圧力を増加する には圧縮化を小さくすることおよびエンジンの設計変更を必要とすることがしば しばある。　より多量の燃料を燃焼させて余分のパワーを発生させることによる サイクルの圧力および温度の幾分の増大はあるであろうことは勿論のことである 。 コンプレッサ４の吸入側に膜６を位置させることの他の利点は、ディーゼルエン ジン車両に現在取り付けられている形式のターボチャージャーは本発明による装 置を既存の装置に後で取り付けても空気を膜カートリッジ６を経て吸引できる能 力を持っていることである。　膜６をコンプレッサ４の出口側に位置させる場合 には、ターボチャージャーの性能を幾分増大させる必要がある。　いずれの構成 においても、ディーゼルエンジンの技術者が各特定用途に応じてターボチャージ ャーを適切に選定すればすむことで、それ以上のことを要しない。 第２図には上述した装置のために酸素富化空気を発生させるのに用いることので きる膜カートリッジ６の一実施例を示す。 この膜カートリッジ６はハウジング９内に収納された多数の中空糸膜８を有し、 このハウジングは空気入口１０、透過物ガス出口１１および非透過物ガス出口１ ２を有する。　これらのカートリッジ６の１つまたはそれ以上をモジュールとし て用いてエンジンに必要とされる所定体積の酸素富化空気を発生させることかで きる。　圧力モードでは、圧縮空気は入口１０からハウジング９に入り、膜８を 経て分配される。　酸素は中空糸膜８を経て空気中に含まれる窒素よりはるかに 速い速度で透過し、透過物出口１１から低い圧力で出ていく。　窒素は膜を透過 するのに長時間を要するためその大部分は膜を透過せず、出口１２から非透過物 として出ていく。　第２図に示すカートリッジ６を多数並列に接続すれば所望の 酸素富化空気容量を得ることができる。 膜カートリッジにおいては、流入空気を中空糸の内側を通過させ、富化酸素を含 む透過物を中空糸の外側の周囲の空間から捕集することができる。　減圧作動（ 吸引モード）では透過物は中空糸を経て吸引される。 透過物中の酸素濃度は膜カートリッジの膜構造および作動条件に依存する。　入 手可能な高分子膜での典型的な酸素濃度は２２〜４０％の範囲にある。　他の膜 を用いればあるいはこの膜カートリッジを多数結合すればもっと高い酸素濃度も 可能である。 圧力および吸引作動に対して多数の膜カートリッジを適切に構成したものは市販 されており、適当なカートリッジを選定することは当業者であれば問題なく可能 である。　平坦なシートまたはらせん状に巻いたシートのような膜カートリッジ を使用でき、適切な平坦シートの膜モジュールは日本の松下からＴＡＮＡ　　Ｏ ２の商品名で入手可能である。　この膜は圧力作動に対しても使用可能であるが 、減圧作動に適している。 他の方法として、外部の酸素源から、例えば極低温液体酸素貯蔵タンクまたはプ レッシャスイング吸着装置からの酸素を使用するのが好ましい場合もある。　こ の場合、所要の燃焼空気酸素濃度を得るにはより大気と少量の酸素を混合する必 要がある（これらの酸素源は膜装置で生成される２５〜４０％に比較して９９体 積％をこえる酸素濃度を有するからである）。　この場合、タービン、コンプレ ッサおよび膜装置は必要とはならない。 ついで第３図および第４図を参照して詳細に説明する。　これらではディーゼル エンジン試験をキャタピラ−３２０８Ｖ８エンジンを用いて２８０Ｏｒｐｍで約 １４０ｋＷの最大パワー出力で行った。　第３図はフルロード時の数種の速度に 対する燃焼空気酸素濃度の関数として相対正味熱効率（酸素濃度が２１％の大気 を用いたときのベース効率を１．０として）を示す。 第４図は酸素を富化したときのパワーの増加を示す図である。 その結果から明らかなように、効率では最大で１２％、パワーでは最大で４３％ もの改良がなされたことがわかる。　これにより上述したようにインタークーラ ーの小型化あるいは除去による経済的効果が加わるからエンドユーザーにとって は相当な利益がもたらされる。 ウェイクシヨウ（Ｗａｋｅｓｈａｕ）　　ＡＳＴＭ　　コーボレイテイブフユー エル　リサーチ　スパーク　イグニッシゴン　エンジンについても酸素富化燃料 の供給について試験を行った。 第５図ないし第１０図はある速度範囲およびロード条件下での図示出力（パワー ）および図示熱効率の結果を示、す。　各グラフは燃料としてプロパンおよび最 適（ＭＢＴ）スパークタイミングを用いた一定のマニホルド条件（温度および圧 力）でのれはノックリミットからはなれた他の圧縮比における結果を代表するも のである。 表１は第５図ないし第１０図のグラフに示される相対パワーおよび効率の最大改 良点を総括するもので、パワーで１４％の増加、相対効率で最大７％の改良を示 している。　酸素富化なしで運転するエンジンと同じ最大パワーを得るのにより 小型のエンジンを用いればこれらの効率改良は増大するであろう。 しかし、エンジンサイズを太き（しない場合、上記サンプルでの作動条件におけ る代表的な効率の改良を表２に示す。 第１１図は同じ一連のＣＦＲ試験の結果であり、酸素富化に関連するイグニッシ ョンタイミング変動の大きさおよびその結果としての燃焼の改良を示すものであ る。　例えば１．０の当量比ではイグニッションタイミングは２２度遅延してい る。 表１　　第５．６．７図から抜き出した相対図示効率および図示パワー値 エンジン速度 ｒ／ｍｉｎ　　　　　　　　　６００　　１２００　　１８００相対最大パワー ２７％：２１％酸素　　１．１４　１．１３　　１．１０相対最大効率 フルロード時　　　　　１．０２　１．０３５　１．０３相対最大効率 パートロード時　　　　１．０７　１．０６　　１．０６表２　　空気での最大 パワーに相当するパワーにおける相対図示熱効率 エンジン速度 ｒ／＋ｎＬｎ　　　　　　　　　６００　　１２００　　１８００相対最大効率 ２７％：２１％酸素　　１．１５　１．１１５　１．０６上述したところから明 らかなように、ディーゼルエンジンでの燃焼混合気の酸素富化によってもたらさ れるエンジン性能の改良は以下のように総括することができる。 （Ｕ　フルロード（全負荷）条件下で正味熱効率が最大３０％まで増加する。 （ｉｉ）フルロード標準条件でみられるのと同じスモークレベルを生じさせるよ うに燃料供給量を増加したとき、全エンジン速度でエンジントルクおよびパワー が約４０％まで増加する。 （ｉｉｉ）酸素富化に伴なう点火遅れをより短かくするようにイグニッションタ イミングを最適化すれば、熱効率および出力が付加的に増大する。 （ｉｖ）酸素濃度が増加する時はとんど全ての作動条件下で排気ガスのスモーク レベルが低下する。 （ｖ）燃料噴射タイミングを標準作動状態（すなわち一定のタイミングで酸素富 化なし）と比較して最適となるよう調節したとき最大圧力上昇率が減少する。 （ｖｉ）ＨＣおよびＣＯ排出量が最大６０％まで減少する。　しかし、これらの 排出量はフルロード条件下以外ではこのエンジンでも十分に少ない。 第１２図ないし第２１図に示すグラフのデータは重質または残留油、およびディ ーゼルエンジンのディーゼル油の代替物として以前は不適当であった他の燃料を 用いることの可能性を示す。　このような燃料に酸素を富化することにより高速 ディーゼルエンジンで効率的な燃焼を可能とし、重質燃料油のような安価な燃料 を使用できるようになることは広範囲なこの種エンジンの運転コストに大きな影 響を与える。 高性能ディーゼルエンジンに対する燃料の適性または不適性は現在では関連する 基準の問題ではない。　　１つの関連するテキスト、ローズとクーパー著、「燃 料の技術的データ」１９７７年第７版、はディーゼル燃料をセタン価、セタン指 数で換算したディーゼル指数ｒ　Ｐ／２１および密度で分類しているが、軽質、 中質および重質燃料油は通常この方法で分類されていない。　平常的に用いられ ているディーゼル燃料のセタン価は通常４８〜５３であり、密度は約０．８４で あるが、燃料油のセタン価は３０以上であり、密度は約０．９０〜０．９７であ る。　確かに大部分の燃料油および他の燃料はディーゼルエンジン用に不適当で あると認識されている。　このため、不適当な燃料とは設計変更されていない高 速ディーゼルエンジンでの燃焼に不適当となる密度または他の特性を有する燃料 を定義することができる。 第１２図ないし第２１図のグラフに詳細に示されている他の試験結果では、密度 が０．９５．３０℃での粘度が３００センチストークスである残留燃料油（例え ば、Ｋ９４０燃料）を、燃焼空気が２１〜３１体積％の酸素富化されて燃料が確 実に流れるようにして約５０℃に加熱された燃料ラインを経てキャタピラ−３２ ０８Ｖ８ディーゼルエンジンに供給した。　このエンジンはディーゼル燃料での 通常の作動と同様に円滑に作動し、２００Ｏｒｐｍで１００ｋＷの出力を発生し た。　これらの結果は、従来（高速ディーゼルエンジンには）不適当とみられて いた重質または残留燃料油のような燃料でも酸素富化によって適当なものとなる ことを示している。 重質または残留燃料油を用いるディーゼルエンジンに酸素を付加することにより 、点火遅れを５０％以上減らすことができ、また噴射タイミングを最大トルクで 最小になるよう調節すれば最大圧力上昇率を２０〜５０％減少させることができ る。 燃焼をさらに安定的に改良すれば、図示のエンジン速度および固定された噴射タ イミングでのフルロード作動時のスモークレベルが低（なる（第１２図参照）。 　これに対応して熱効率が上昇するのが明白であり（第１３図参照）、最大利得 は定格パワー速度（２８００回転／分）で達成される。　ＮＯｘ濃度は、第１４ 図に示すように、酸素付加の増大とともに増加する。 パートロード（部分負荷）では、酸素の付加により、第１５図および第１６図に 示すように、熱効率もＮｏ、も増加するが、スモークは不変のままである（第１ ７図参照）。 酸素富化を利用するときには、最適噴射タイミングが重質または残留燃料油でも 標準エンジンのそれから通常遅延することを認識することが重要である。　第１ ８図および第１９図は、タイミングが１０度遅延するとパワーおよび熱効率が約 ５〜８％増加するから、噴射タイミングを再調整することが重要であることを示 している。　タイミングが遅延すると、Ｎｏ、は３０％低下するが、スモークレ ベルは僅かに増加する（第２０図および第２１図参照）。 より高密度の重質または残留燃料油を用いる場合、燃料を加熱によって適当な液 体状態に維持する必要があることは明白−である。　燃料加熱装置は舶用ディー ゼル装置には通常用いられているから、このような加熱装置を本発明に適用する ことは当業者であれば特に問題な（可能である。　同様に、当業者はこの種燃料 中に存在する固形物を濾別して除去することが重要であることを認識しており、 従来既知の適当なマイクロフィルタを用いて燃料の濾別を効果的に行なうのが好 ましいことも認識している。 上述したのは重質または残留燃料油を高速ディーゼルエンジンにどのようにすれ ば利用できるかについて述べたものであるが、高速エンジンでの燃焼に従来不適 当と思われていた他の燃料であっても、燃焼空気流に上述した水準に酸素を富化 することによって広範に利用できるようになることも理解できるであろう。 したがって、例えば、アルコールおよびアルコール混合物も、この種燃料の燃焼 に従来あった困難性を除去することによって燃焼に適するようにすることができ る。 同様に、種実油、軽質ガス油と重質燃料油の混合物あるいは石炭をベースとする 燃料も高速エンジンで適当に燃焼できるように十分に改良できる。 上述した利点とともに、第１図に示すようなターボチャージャー／コンプレッサ を含む膜分離装置は他の重大な利益をもたらす。　この装置は、エンジンに入る 全空気がポリトロープ圧縮されるときに充填気の温度が増大する従来のターボチ ャージャー付エンジンに固有の欠点を回避することができる。　この膜装置でイ ンタークールする必要は少ないか全（ない。　この装置では従来のターボチャー ジャーの圧縮比を低下させるという欠点なくして、パートロード時の効率を改良 できるという利点が得られる。　通常の吸気を行うエンジンでは効率の相対改良 は２５〜３０％にもなる。 上述した膜装置と制御系とを組み合わせて用いれば、エンジンを適用する特定の 仕事にエンジンの性能を最適化し適合させることができる。　このような制御系 は機械式あるいはコンピュータ制御系でよいが、これによりエンジンの効率およ び出力を最適化する酸素付加水準、点火タイミングならびに他のパラメータを最 適化することができる。 最適化エンジンで効率がよくなること、あるいは既存のエンジンのパワー出力を 増加できることは作動コストが低下するため、すなわち、燃料消費量が少なく、 所定のパワー出力水準での投下資金が少ないため市場において魅力的な特長であ る。 キャト　ディーゼル　フルロード効率　ブイニス　０２相対パワーリミテツドパ ワーキヤト　ブイー〇ニス　アイ　エンジン　６００ダブリユーオーテイーニス 　アイ　エンジン　６００　３７４０−ドエス　アイ　エンジン　１２００　　 フル　ス口ットルニス　アイ　エンジン　１２００　　ハーフ　スロットルＪＥ −８−吸入空気当量比 ニス　アイ　エンジン　１８００　　ダブリューオーティーニアθ、　　　　吸 入空気当量比 フルロード、２６％酸素、２６００ｒｐｍフルロード、２６％酸素、２ＳＯＯｒ ｐｍフルロード、２６％酸素、２６００ｒｐｍフルロード、２６％酸素、２６０ ０ｒｐｍ補正嘗の翻訳文提出書（特許法第１８４条の８）平成０２年０８月１０ 日 特許庁長官　　Ｍ−松　　敏　殿 １、国際出願番号 ＰＣＴ／ＡＵ８９１０００５８ ２、発明の名称 燃料の酸素富化 ３、特許出願人 ビーエッチビーハウス 名　称　　ザ　プロークン　ヒル　ブロブライエタリイカンパニー　リミテッド 国　籍　　オーストラリア国 住　所　　オーストラリア国、３０５２　　ヴイクトリア州。 バークヴイル、グラッタン　ストリート名　称　　ザ　ユニバーシティ　オブ　 メルボルン国　籍　　オーストラリア国 ５、補正書の提出年月日 １９９０年２月１９日 ６、添付書類の目録 （１）補正書の翻訳文　　　　　　　　　　　　　　１通（２）明細書１頁〜３ 頁の差し替え用紙（１頁〜３ａ頁）の翻訳文　　　　　　　　　１通プロークン ヒル・プロブライエタリー・カンパニイリミテッドおよびユニバーシティ　オブ 　メルボルンによる国際出願　ＰＣＴ／ＡＵ８９１０Ｏ０５８ｉ、ニー関ｔ６件 提案された補正に関する第２の記述 ２．１頁ないし３頁　　　　抹消して２部添付された新しい１頁ないし３ａ頁を 挿入する。 代理人　特許弁理士　スミス　ジェルトン　ビードル１９８９年１２月２９日 明　　　　細　　　　書 発明の名称 燃料の酸素富化 発明の分野 本発明は、燃料、特にこれに限定されることはないが、ディーゼルエンジン用燃 料の酸素富化の改良に関する。　したがって、本発明はディーゼルおよびスパー ク　イグニッション　エンジンにも同等に適用可能である。 発明の背景 ディーゼルおよびスパーク　イグニッション（火花点火式）エンジンの酸素富化 の可能性は永い間研究主題であった。　例えば、ゴージエル　ジエー、ヒリアー ド　チェー。シーおよびレベンディス　ジェー、エイｒＩＤＩディーゼルエンジ ンの性能および排気ガスに及ぼす酸素富化の効果Ｊ　　（ＳＡＥベーパー８３０ ２４５、１９ｇ３）ならびにりオジダー　エイ、エイ「酸素富化空気を使用した スパーク　イグニッション　エンジンの排気ガスおよび性能」　（燃焼科学およ び技術Ｖｏｌ。１９．ｐｐ　８１〜８６゜１９７８　）を参照。　これらの研究 者の知見によれば、使用燃料を富化するために酸素を添加すれば、排気ガス中の 炭化水素放出量は減少するが、窒素酸化物の放出量が多くなる。　更に重要なこ とには、燃料消費量は改善されないばかりか、むしろ実際には多（なり、酸素の 富化けさして利益はもたらさないということが判明した。 したがって、本発明の目的は酸素富化において顕著な改良をなそうとするもので ある。 重質燃料油は、従来より、舶用ディーゼルエンジン以外の大部分の高速ディーゼ ルエンジンに使用するには不適当である。 その困難性は、この種燃料は点火が遅（、一旦点火されると極めて急速な燃焼を おこし、その結果エンジンに重大な損傷をもたらすことがあるということにある 。　例えば、残留または重質燃料油、アルコールおよびアルコール混合油、種実 油ならびに軽質ガス油と重質燃料油または石炭から得られる燃料との混合油のよ うな燃料は、これらのエンジンには燃焼用としては用いることができなかった。 ジーゼル機器■による日本国特許出願第５７−４４７６２号（日本特許抄録、Ｍ ２Ｂ５、ｐｉｌｌ）には、燃焼困難な燃料は付加的な酸素の存在下で燃焼できる ことが示唆されており、この文献は支持するデータはないものの酸素濃度の増加 につれて性能がよ（なるという意味のことが述べられている。　これはゴージエ ルなどの文献に記載のある（酸素富化は実質的利益はないという趣旨の）結論と は正反対のものであり、本発明者らはこれらの両極端の知見の間のどこかに正し い知見があるということを見い出したのである。 したがって、本発明の他の目的は、この種燃料を上述した燃焼式エンジンに使用 可能ならしめる方法および装置を提供しようとするにある。 発明の開示 本発明の第１の態様によれば、燃焼用供給空気に酸素を富化して、ディーゼルま たはスパーク　イグニッション　エンジンを作動するにあたり、前記燃焼用供給 空気中の酸素含有量の増加に起因する早期および改良燃焼を適切に補償するよう にエンジンの燃料噴射または点火タイミングを調節し、前記酸素含有量が実質的 に２２〜４０％の範囲内になるように制御することを特徴とするエンジンの作動 方法が提供される。 本発明の第２の態様によれば、コンプレッサを有するターボチャージャーに接続 された空気入口と、前記コンプレッサに、好ましくはその入口に接続され、エン ジンの空気／燃料入口に接続された酸素生成手段とを具え、前記酸素生成手段は 通常ターボチャージャーと空気／燃料入口との間でエンジンに装置されるインタ ークーラーの代替をなすがまたはインタークーラーの大きさを相当小型化するこ とを特徴とする燃料燃焼改良装置が提供される。 上述した本発明の方法および装置によれば、燃料の消費は酸素富化によって相当 改善される一方、インタークーラーの除去または小型化によって付加的な経済上 の改良が達成できることが判明した。　本発明者らの研究による知見は燃料消費 の問題上前述した研究結果とは正反対のものであった。　これは第１には特に低 エンジン速度で燃料の酸素富化を補償するために燃料の燃焼開始のタイミングを 調節する必要性を認識した結果であり、第２には上述した範囲内でエンジン燃料 を酸素富化することによって燃焼効率というよりむしろ熱効率および機械効率の 改良の実現によるものと考えられる。 本発明の好適例においては、燃焼空気の酸素濃度が好ましくは約２４〜２８％に 増加するように酸素生成手段を設ける。 インタークーラーを除去する利益は上述した経済性のみならず、さらに重要なこ とにはターボチャージャーのコンプレッサとエンジンとの間の装置空間を減少さ せることができるという点にある。　これにより増大した圧力で満たすべき装置 空間を小さくできるためパワー（またはトルク）の増大に対する要望にすばやく 応えることができるようになり、この結果エンジンはさらに過渡応答性がよ（な るとともにスモーク放出量は少なくなる。 本発明の他の態様によれば、本発明は、燃焼が不適当または困難な燃料を含む燃 焼用空気を酸素で、燃焼用空気の酸素濃度を実質的に２２％〜４０％の範囲内に 増大させて燃料の酸化能を増大させてこれにより前記燃料に不適当なエンジンで の燃焼に適当化する程度に富化し、前記燃焼用供給空気中の酸素含有量の増加に 起因する早期および改良燃焼を適切に補償するようにエンジンの燃料噴射または 点火タイミングを調節する工程を含むことを特徴とするエンジンの作動方法を提 供する。 特願昭５７−４４７６２号の示唆に反して、本発明者らは酸素濃度が約４０％を こえると熱効率および機械効率が極めて著しく低下することを見い出した。　さ らに噴射または点火タイミングが酸素富化空気／燃料混合気を補償するように調 節されなければ特に低速度では効率を最大にすることはできない。 また、本発明は、エンジンと、エンジンの燃料／空気吸気口に接続された酸素源 または酸素富化空気源と、燃料の酸化能を増大してエンジン内での燃焼に適する ようにするため燃焼用空気に付加される酸素の量を実質的に２２〜４０％の範囲 内にあるように制御する手段と、前記燃焼供給用空気の酸素含有量の増加に起因 する早期および改良燃焼を適切に補償するようにエンジンの燃料噴射または点火 タイミングを調節する手段とを具えることを特徴とする燃焼困難または不適当な 燃料の燃焼装置を提供する。 図面の簡単な説明 ここで、上記各態様の各々の好適実施例を添付の図面に従って説明する。 第１図は、本発明による燃料燃焼改良装置の一例を示す線図である。 第２図は、第１図に示す装置および本発明を実施する他の酸素富化装置とともに 使用するのに適する酸素生成膜の一つの形態を示す横断面図である。 第３図および第４図は、本発明にしたがって改良されたキャタピラ−■８ディー ゼルエンジ１についての相対熱効率および相対パワーを示すグラフである。 補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の８）１１国際出願番号 ＰＣＴ／ＡＵ８９１０００５８ ２、発明の名称 燃料の酸素富化 ３、特許出願人 住　所　　オーストラリア国、３０００　　ヴイクトリア州３メルボルン、ウィ リアム　ストリート　１４０゜ビーエッチビーハウス 名　称　　ザ　プロークン　ヒル　ブロブライエタリイカンパニー　リミテッド 国　籍　　オーストラリア国 住　所　　オーストラリア国、３０５２　　ヴイクトリア州。 バークヴイル、グラッタン　ストリート住　所　　東京都千代田区岩本町３丁目 ２番２号−−ｈ＋　ＩＩ＋Ｉ＋−−ｆｗ−＋イ石ノイ々１１−０七ゝノＪで１ノ ■り子ｔすば５、補正書の提出年月日 １９９０年４月２３日 ６、添付書類の目録 （１）補正書の翻訳文　　　　　　　　　　　　　　１通（２）明細書２頁〜３ ａ頁の差し替え用紙（２頁〜３ａ頁）の翻訳文　　　　　　　　　１通請求の範 囲１８頁〜２０頁の差し替え用紙（１８頁〜１９頁）の翻訳文　　　　　　　　 １通ｌ十古法すスギ−やけかいものの酸素濃度の増加につれて性能カブロークン ヒル・フロノフイエッソー〇ノＪツバ−イソくノツｒおよびユニバーシティ　オ ブ　メルボルンによる国際出願　ＰＣＴ／ＡＵ８９１０００５８に関する件よく なるという意味のことが述べられている。　これはゴージエルなどの文献に記載 のある（酸素富化は実質的利益番士なＱＮ接続されたコンプレッサ（４）を有す るターボチャージャー（３）によって燃焼用空気および燃料混合気が供給される 空気／燃料吸気口（７）を有するエンジン（１）での燃料燃焼を改良する装置に おいて、酸素生成手段（６）が前記コンプレッサ（４）に接続され、通常前記タ ーボチャージャー（３）と前記空気／燃料吸気口（７）との間でエンジン（１） に設置されるインタークーラーが少な（とも相当小型化できるか必要ではな（、 さらに前記燃焼用空気に実質的に２２〜４０体積％の範囲内の酸素を供給するよ う前記酸素生成手段を制御する手段と、前記燃焼用空気中の酸素含有量の増加に 起因する早期および改良燃焼を補償するように前記エンジンの燃料噴射または点 火タイミングを調節する手段とを有することを特徴とする燃料燃焼改良装置が提 供される。 上述した本発明の方法および装置によれば、燃料の消費は酸素富化によって相当 改善される一方、インタークーラーの除去または小型化によって付加的な経済上 の改良が達成できることが判明した。　本発明者らの研究による知見は燃料消費 の問題上前述した研究結果とは正反対のものであった。　これは第１には特に低 エンジン速度で燃料の酸素富化を補償するために燃料の燃焼開始のタイミングを 調節する必要性を認識した結果であり、第２には上述した範囲内でエンジン燃料 を酸素富化することによって燃焼効率というよりむしろ熱効率および機械効率の 改良の実現によるものと考えられる。 本発明の好適例においては、燃焼空気の酸素濃度が好ましくは実質的に２４〜２ ８体積％に増加するように酸素生成手段を設ける。 インタークーラーを除去する利益は上述した経済性のみならず、さらに重要なこ とにはターボチャージャーのコンプレッサとエンジンとの間の装置空間を減少さ せることができるという点にある。　これにより大きな圧力で収めるよう装置空 間を節約できるため大きなパワー（またはトルク）に対する要望に応えることが できるようになり、この結果エンジンはさらに過渡応答性がよ（なるとともにス モーク放出量は少なくなる。 本発明の他の態様によれば、本発明は、燃焼が不適当または困難な燃料を含む燃 焼用空気を酸素で、燃焼用空気の酸素濃度を実質的に２２〜４０体積％に増大さ せて燃料の酸化能を増大させてこれにより前記燃料に不適当なエンジンでの燃焼 に適当化する程度に富化する工程および前記燃焼用空気中の酸素含有量の増加に 起因する早期および改良燃焼を適切に補償するようにエンジンの燃料噴射または 点火タイミングを調節する工程を含むことを特徴とするエンジンの作動方法を提 供する。 特願昭５７−４４７６２号の示唆に反して、本発明者らは酸素濃度が約４０％を こえると熱効率および機械効率が極めて著しく低下することを見い出した。　さ らに噴射または点火タイミングが酸素富化空気／燃料混合気を補償するように調 節されなければ特に低速度では効率を最大にすることはできない。 また、本発明は、エンジンと、エンジンの燃料／空気吸気口に接続された酸素源 または酸素富化空気源と、燃料の酸化能を増大してエンジン内での燃焼に適する ようにするため燃焼用空気に付加される酸素の量を実質的に２２〜４０体積％の 範囲内にあるように制御する手段と、前記燃焼用空気中の酸素含有量の増加に起 因する早期および改良燃焼を適切に補償するようにエンジンの燃料噴射または点 火タイミングを調節する手段とを具えることを特徴とする燃焼困難または不適当 な燃料の燃焼装置を提供する。 以下の説明では酸素濃度は体積％で表示する。 図面の簡単な説明 ここで、上記各態様の各々の好適実施例を添付の図面に従って説明する。 第１図は、本発明による燃料燃焼改良装置の一例を示す線図である。 第２図は、第１図に示す装置および本発明を実施する他の酸素富化装置とともに 使用するのに適する酸素生成膜の一つの形態を示す横断面図である。 第３図および第４図は、本発明にしたがって改良されたキャタピラ−ｖ８ディー ゼルエンジンについての相対熱効率および相対パワーを示すグラフである。 請求の範囲 （１）燃焼用空気および燃料混合気をエンジンに供給し、燃焼用空気に酸素を富 化して、ディーゼルまたはスパーク　イグニッション　エンジンを作動するにあ たり、前記燃焼空気中の酸素含有量の増加に起因する早期および改良燃焼を適切 に補償するようにエンジンの燃料噴射または点火タイミングを調節し、前記酸素 含有量を実質的に２２〜４０体積％の範囲内になるように制御することを特徴と するエンジンの作動方法。 （２）酸素富化工程は燃焼用供給空気の一部を酸素生成膜を通すことにより行な う請求項１に記載の方法。 （３）前記燃焼用供給空気をターボチャージし、前記酸素生成膜をターボチャー ジャーのコンプレッサへの空気入口に位置させる請求項２に記載の方法。 （４）前記燃焼用空気を酸素で実質的に２４〜２８％の範囲内に富化する請求項 １〜３のいずれかに記載の方法。 （５）前記エンジンは標準品質のディーゼル燃料が供給される高速ディーゼルエ ンジンである請求項４に記載の方法。 （６）空気／燃料吸気口（７）に接続されたコンプレッサ（４）を有するターボ チャージャー（３）によって燃焼用空気および燃料混合気が供給される空気／燃 料吸気口（７）を有するエンジン（１）での燃料燃焼を改良する装置において、 酸素生成手段（６）が前記コンプレッサ（４）に接続され、通常前記ターボチャ ージャー（３）と前記空気／燃料吸気口（７）との間でエンジン（１）に設置さ れるインタークーラーが少な（とも相当小型化できるか必要ではなく、さらに前 記燃焼用空気に実質的に２２〜４０体積％の範囲内の酸素を供給するよう前記酸 素生成手段を制御する手段と、前記燃焼用空気中の酸素含有量の増加に起因する 早期および改良燃焼を補償するように前記エンジンの燃料噴射または点火タイミ ングを調節する手段とを有することを特徴とする燃料燃焼改良装置。 （７）前記酸素生成手段（６）は酸素生成膜を含む請求項６に記載の装置。 （８）前記膜は燃焼空気の酸素濃度を実質的に２４〜２８％に増加させるもので ある請求項６または７に記載の装置。 （９）前記エンジンは高速ディーゼルエンジンであり、前記燃料は、高速ディー ゼルエンジンでの燃焼には不適当である、残留または重質燃料油、アルコールお よびアルコール混合油、種実油、軽質ガス油と残留または重質燃料油との混合油 、および石炭由来燃料から選択された燃料である請求項６ないし８のいずれかに 記載の装置。 （１０）燃焼が不適当または困難な燃料を含む燃焼用空気を酸素で、燃焼用空気 の酸素濃度を実質的に２２〜４０体積％に増大させて燃料の酸化能を増大させて これにより前記燃料に不適当なエンジンでの燃焼に適当化する程度に富化する工 程および前記燃焼用空気中の酸素含有量の増加に起因する早期および改良燃焼を 適切に補償するようにエンジンの燃料噴射または点火タイミングを調節する工程 を含むことを特徴とするエンジンの作動方法。 （１１）前記酸素富化工程は、高速ディーゼルエンジンに取り付けられたターボ チャージャーの入口に接続された酸素生成膜によって行なう請求項１０に記載の 方法。 （１２）前記酸素濃度は実質的に２４〜２８体積％の範囲内である請求項１０ま たは１１に記載の方法。 （１３）エンジンと、エンジンの燃料／空気吸気口に接続された酸素源または酸 素富化空気源と、燃料の酸化能を増大してエンジン内での燃焼に適するようにす るため燃焼用空気に付加される酸素の量を実質的に２２〜４０体積％の範囲内に あるように制御する手段と、前記燃焼用空気中の酸素含有量の増加に起因する早 期および改良燃焼を適切に補償するようにエンジンの燃料噴射または点火タイミ ングを調節する手段とを具えることを特徴とする燃焼困難または不適当な燃料の 燃焼装置。 （１４）前記酸素濃度が実質的に２４〜２８体積％の範囲内である請求項１３に 記載へ装置。 手続ネ甫正書防式） 平成０３年０４月２５日 特許庁長官　　植　松　　敏　殿 １、事件の表示 国際出願番号　ＰＣＴ／ＡＵ８９１０００５８２、発明の名称 燃料の酸素富化 ３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 名称　　　ザ　プロークン　ヒル　ブロブライエタ１ノイカンパニー　リミテッ ド 名　　称　　ザ　ユニバーシティ　オブ　メルボルン４、代理人　〒１０１ 住　　所　　東京都千代田区岩本町３丁目２番２号千代田岩本ビル４階 Ｓ　３８６４−４４９８　　Ｆａｘ、　３８６４−６２８０６、補正の対象 補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の８）および補正書の翻訳文 ７、補正の内容 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）ディーゼルまたはスパークイグニッションエンジンを作動するにあたり、 燃焼用供給空気に酸素を富化し、これと同時に燃焼空気中の酸素含有量の増加に 起因する早期（および改良）燃焼を十分に補償するようにエンジンの燃料噴射ま たは点火タイミングを調節することを特徴とするエンジンの作動方法。 （２）前記酸素富化工程は燃焼用供給空気の一部を酸素生成膜を通すことにより 行なう請求項１に記載の方法。 （３）前記燃焼用供給空気をターボチャージし、前記酸素生成膜をターボチャー ジャーのコンプレツサヘの空気入口に位置させる請求項２に記載の方法。 （４）前記燃焼用供給空気を酸素で約２２〜４０％、′好ましくは２４〜２８％ の間に富化する請求項１〜３のいずれかに記載の方法。 （５）前記エンジンは標準品質のディーゼル燃料が供給される高速ディーゼルエ ンジンである請求項４に記載の方法。 （６）前記エンジンは、高速ディーゼルエンジンでの燃焼には不適当である、残 留または重質燃料油、アルコールおよびアルコール混合油、種実油、軽質ガス油 と残留または重質燃料油との混合油、および石炭由来燃料から選択された燃料が 供給される高速ディーゼルエンジンである請求項４に記載の方法。 （７）コンプレッサ（４）を有するターボチャージャー（３）に接続された空気 入口と、前記コンプレッサ（４）に、好ましくはその入口に接続され、エンジン （１）の空気／燃料吸気口（７）に接続された酸素生成手段（６）とを具え、前 記酸素生成手段（６）は通常ターボチャージャー（３）とエンジン（１）の空気 ／燃料吸気口（７）との間に装着されるインタークーラーの代替をなすかまたは インタークーラーの大きさを相当小型化することを特徴とする燃料燃焼改良装置 。 （８）前記酸素生成手段（６）は酸素生成膜を含む請求項７に記載の装置。 （９）前記膜は燃焼空気の酸素濃度を約２２〜２４％に、好ましくは約２４〜２ ８％に増加させるものである請求項８に記載の装置。 （１０）前記エンジンは高速ディーゼルエンジンであり、前記燃料は、高速ディ ーゼルエンジンでの燃焼には不適当である、残留または重質燃料油、アルコール およびアルコール混合油、種実油、軽質ガス油と残留または重質燃料油との混合 油、および石炭由来燃料から選択された燃料である請求項７または８に記載の装 置。 （１１）燃焼が不適当または困難な燃料を酸素で、燃料の酸化能を増大させてこ れにより前記燃料に不適当なエンジンでの燃焼に適当化する程度に冨化する工程 を含むことを特徴とするエンジンの作動方法。 （１２）前記エンジンは高速ディーゼルエンジンであり、前記燃料は、高速ディ ーゼルエンジンでの燃焼には不適当である、残留または重質燃料油、アルコール およびアルコール混合油、種実油、軽質ガス油と残留または重質燃料油との混合 油、および石炭由来燃料から選択された燃料である請求項１１に記載の方法。 （１３）前記酸素富化工程は、高速ディーゼルニンジンに取り付けられたターボ チャージャーの入口に接続された酸素改善膜によって行なう請求項１２に記載の 方法。