式的内燃机的空气供给装置的一个实施方式的示意图。
[0093] 图10是本实施方式的内燃机的空气供给装置的一个实施方式的示意图。
[0094] 图11是本实施方式的内燃机的空气供给装置的一个实施方式的示意图。
[0095] 图12是本实施方式的内燃机的空气供给装置的一个实施方式的示意图。
[0096] 图13是本实施方式的内燃机的空气供给装置的一个实施方式的示意图。
[0097] 图14是本实施方式的内燃机的空气供给装置的一个实施方式的示意图。
[0098] 图15是本实施方式的内燃机的空气供给装置的一个实施方式的示意图。
[0099] 图16是本实施方式的内燃机的空气供给装置的一个实施方式的示意图。
【具体实施方式】
[0100] 下面，根据需要参照附图对本【具体实施方式】（下面仅称为"本实施方式"）进行详 细说明。下面的本实施方式为用于对本发明进行说明的示例，并非意图将本发明限定于以 下的内容。另外，所附的附图为示出实施方式的一例的附图，并非解释为将实施方式限定于 此。本发明可以在其要点的范围内进行适当变形来实施。需要说明的是，对于附图中的上 下左右等位置关系来说，只要不特别声明，其基于附图所示的位置关系，附图的尺寸比例并 不限于图示的比例。另外，在所有图中，对于相同或同等要素赋以相同符号。
[0101] 本实施方式为一种内燃机的运转方法，该方法为使烃类燃料和空气在燃烧室内燃 烧的内燃机的运转方法，其中，上述空气不包含上述内燃机的废气，上述方法具有以下工 序：降低导入至上述燃烧室的上述空气的氧浓度的氧浓度降低工序；和将上述烃类燃料和 水喷射至上述燃烧室的工序。对内燃机的种类没有特别限定，可以例示出汽油发动机、柴油 发动机、燃气发动机等。这些之中，柴油发动机的热效率优异，除轻油或重油等一般的燃料 外，还可以使用各种液体燃料，通用性高。柴油发动机将过量的氧从燃料导入燃烧室，因此 废气中的氮氧化物（NOx)多。能够降低该柴油发动机的废气中的NOx含量对于环境方面具 有很大意义。作为柴油发动机，可以例示出4-冲程高速发动机、4-冲程中速发动机、2-冲程 低速发动机。对柴油发动机的用途没有特别限定，可以举出作为船舶、汽车、发电机、飞机、 各种重型设备等的动力源使用的用途。
[0102] 作为将上述烃类燃料和水喷射至上述燃烧室的工序，可以例示出下述方法：在上 述烃类燃料中混合水，以乳液的形式喷射至上述燃烧室的方法；在上述燃烧室中设置与燃 料喷射单元不同的水喷射单元的方法。后者的方法向燃烧室的火焰喷射水。这些之中，在 上述烃类燃料中混合水而以乳液的形式喷射至上述燃烧室的方法因简便而优选。
[0103] 本实施方式中，乳液是指分散质在分散介质中以液滴状微分散的状态，也可以不 包含乳化剂，包含分散体。例如，其是水以液滴状分散于燃料中的W/0型乳液燃料，该情况 下，还包括不含乳化剂的W/0型分散体。需要说明的是，优选无乳化剂的情况。特别是，在 与降低导入至内燃机的燃烧室的空气的氧浓度的氧浓度降低工序合用的情况下，可确认到 油耗定额提高效果。
[0104] 这与包含废气的情况不同，特别是在利用膜而降低了氧浓度的情况下，虽然燃烧 室中杂质少，但在低氧环境下难以燃烧的条件下，乳化剂这样的阻燃性物质的混入对燃烧 恶化的不良影响有可能增大，推测通过不使用乳化剂在水乳液合用等情况下的油耗定额改 善效果增大。
[0105] 关于乳液中的水的量，水/燃料（重量）的下限优选为0.1以上、进一步优选为 0. 2以上、进一步优选为0. 3以上、进一步优选为0. 4以上、进一步优选为0. 5以上、进一步 优选为0. 6以上、进一步优选为0. 7以上，水/燃料（重量）的上限优选为1. 2以下、进一 步优选为1. 〇以下。
[0106] 通过将上述低氧浓度空气用作内燃机的供气，可以降低NOx的产生。虽然其作用 尚未确定，但推测可以通过下述（1)~（3)而降低NOx的产生（但是，本实施方式的作用不 限定于此）。
[0107] (1)通过使用氧浓度降低了的空气，燃烧温度下降，可以抑制NOx生成。
[0108] (2)作为三原子分子的水（水蒸气）的比热相对较高，可以降低燃烧时的放热温 度。因此，可以抑制NOx生成。
[0109] (3)在喷射至发动机气缸内的乳液燃料中的液体的水、或者直接喷射至燃烧室的 液体的水在蒸发的过程中，通过蒸发潜热而降低周围的温度，由此燃烧温度降低，可以抑制 NOx生成。
[0110] 本实施方式中的乳液燃料通过将水和烃类燃料搅拌混合而得到。虽然内燃机附带 有燃料供给装置，但乳液燃料在该燃料供给装置的跟前进行制造。在柴油机的情况下，乳液 燃料制造工序设置于燃料喷射泵的上游。烃类燃料和水的搅拌可以使用槽型、流线型等。根 据由烃类燃料的性状、是否需要乳化剂、其种类等导致的乳液的生成容易性，适当选择搅拌 机的种类，其剪切力可从高至低适当选择。乳液可以使用水包油乳液，也可以使用油包水乳 液。为了使乳液稳定化，可以使用乳化剂。水/烃类燃料比（容量比）为1/99~90/10是 通常使用的范围，优选为10/90~80/20、更优选为20/80~70/30、进一步优选为20/80~ 50/50。需要说明的是，本说明书中，"~"的标记包括上限值和下限值。
[0111] 本实施方式中，供气中不包含废气。不包含废气是指不实施下述方法：使内燃机附 带目的在于将供气和废气混合的装置，向供气中混合废气，以此降低供气中的氧浓度。在燃 料中含有硫的情况下，废气中含有来自燃料的SOx。在EGR中在供气中混合废气，因而有可 能引起内燃机的部件类的腐蚀，具有需要脱硫装置的缺点。由于不使用废气，内燃机的供气 极其洁净，具有内燃机部件的耐久性提高、处理变得容易的优点。
[0112] 低氧浓度空气中的氧浓度优选为20. 5mol%以下IOmol%以上。若超过 20. 5mol%，则NOx的产生多，若小于IOmol%，则发动机输出功率降低、燃料消耗率变差。更 优选为15mol%以上、更优选为16mol%以上、更优选为17mol%以上、更优选为18mol%以 上、更优选为18. 5mol%以上、更优选为19mol%以上、进一步优选为19. 5mol%以上。
[0113] 本实施方式中，为了在氧浓度降低工序中调整低氧浓度空气，有两种方法。第一方 法为下述方法：使经加压的空气与气体透过膜的一个面接触，从空气中除去特定量的氧而 制备出低氧浓度空气（富氮化空气），包括以下工序：将空气加压而制成加压空气的空气加 压工序；和使加压空气与气体透过膜的一个面接触，降低该加压空气的氧浓度的工序。第二 方法为通过在空气中添加水蒸气（加湿）而进行稀释的方法，包括将水蒸气添加至空气中 以降低该空气的氧浓度的水蒸气添加工序。本实施方式中，可以将这些方法单独或组合使 用，制备出低氧浓度空气，并将其导入内燃机。对所使用的空气中的氧、氮、水蒸气、二氧化 碳、一氧化碳等成分的浓度没有特别限定。
[0114] 第一方法中，使经加压的空气与气体透过膜的一个面（一次侧）接触，从该气体透 过膜的另一个面（二次侧）排出富氧化空气，由此从一次侧得到富氮化空气。
[0115] 第一方法中使用的气体透过膜是实质上没有克努森流（KnudsenFlow)等气体能 够透过的程度的孔的非多孔质膜，是气体通过溶解?扩散机理在膜中透过的膜。即，气体透 过膜是基于气体的溶解扩散而显示出气体分离性能的膜。作为气体透过膜的种类，没有特 别限定，可以举出有机系高分子或无机系的气体透过膜。本实施方式中，作为气体透过膜， 优选氧透过速度/氮透过速度大于1。
[0116] 第一方法中加压空气被导入使用的气体透过膜的非透过侧（一次侧），因此，一次 侧的氮分压和氧分压高于透过侧（二次侧）的氮分压和氧分压，将其差压作为驱动力，气体 从一次侧向二次侧透过。此时，与氮相比氧的透过速度高，因而一次侧成为富氮化空气，二 次侧成为富氧化空气。一次侧的压力高于二次侧的压力时，氧的透过速度变快，因而优选。 另外，若用空气对二次侧进行扫气（吹扫），则可以降低二次侧的氧分压，气体分离膜的气 体分离性能提高，因而优选。
[0117] 作为有机系高分子的气体透过膜材料，可以举出例如氟树脂、聚酰亚胺系树脂、硅 酮系树脂、TR聚合物系树脂、PMS系树脂、PPO系树脂。这些之中，优选气体透过系数大的 氟树脂系树脂、硅酮系树脂；或气体选择性高的聚酰亚胺系树脂，更优选氟树脂系树脂。
[0118] 作为氟树脂系树脂，优选使用非晶态的含氟聚合物。作为这样的非晶态的含氟聚 合物，可以举出例如在主链上具有含氟脂环结构的聚合物。在主链上具有含氟脂环结构的 聚合物例如通过从全氟（2, 2-二甲基-1，3-间二氧杂环戊烯）（PDD)、全氟（2-甲基-1，3-间 二氧杂环戊烯）、全氟（2-乙基-2丙基-1，3-间二氧杂环戊烯）、全氟（2, 2-二甲基-4甲 基-1，3-间二氧杂环戊烯）等具有间二氧杂环戊烯环的单体；具有氟、三氟甲基、五氟乙基、 七氟丙基等氟取代烷基的全氟间二氧杂环戊烯类、全氟（4-甲基-2-亚甲基-1，3-二氧戊 环）（MMD)、全氟（2-甲基-1，4-二噁英）等具有含氟脂环结构的单体；能够与它们共聚的 单体；中将一种以上聚合而得到。
[0119] 作为上述能够共聚的单体，优选C-H键的H全部被F取代的化合物。从提高含氟 聚合物的气体的透过性的方面考虑，含氟聚合物中的具有含氟脂环结构的单体的聚合单元 的比例优选为30摩尔％以上。由此，具有大量的环状结构，分子间隙增大，可以进一步提高 气体的透过速度。
[0120] 作为C-H键的H全部被F取代（不含C-H键）的自由基聚合性单体，可以举出四 氟乙烯、三氟氯乙烯、全氟（甲基乙烯基醚）等。
[0121] 作为不含C-H键的非晶态的含氟聚合物，可以举出全氟-2, 2-二甲基-1，3-间二 氧杂环戊烯与四氟乙烯的共聚物等。它们也可以使用市售品，可以举出例如商品名"特氟 龙（注册商标）AF1600"（杜邦社制造）、商品名"特氟龙（注册商标）AF2400"（杜邦社制 造）、商品名"HYFLONAD"（Ausimont社制造）、Cytop(旭硝子社制造）等。
[0122] 气体透过膜（下文中有时统称为"膜"）也可以为在支撑层上形成了具有气体透 过性能的薄膜的结构。通过将保持膜强度的功能和气体分离功能分离，能够使膜的机械强 度提高，提高气体透过速度。支撑层的材质只要是具有微细的贯通孔的材料就没有特别限 定，可以使用有机系、无机系的微多孔膜。例如，可以使用织布、无纺布、微多孔膜等。这些 之中，优选微多孔膜。作为微多孔膜，可以举出聚酰亚胺微多孔膜、PVDF微多孔膜、PTFE微 多孔膜、聚烯烃微多孔膜、作为超滤膜（UF膜）使用的聚砜微多孔膜或聚醚砜微多孔膜、聚 丙烯腈系微多孔膜等。微多孔膜存在具有对称结构的孔的情况和具有非对称结构的孔的情 况，两者均可使用。
[0123] 作为有机系材料中形成孔的方法，可以例示出基于湿式相分离法、干式法（层状 开孔法、界面剥离法等）的方法。
[0124] 气体分离性树脂薄膜形成于支撑体的单面或双面。在中空纤维膜的情况下，也可 以使用在作为支撑层的中空纤维膜的内侧的表面或外侧的表面形成有膜的形态等。
[0125] 作为无机系的气体透过膜，可以举出氮化硅系、碳系等的气体透过膜。可以举出在 作为支撑层的陶瓷膜上通过水热合成形成了气体透过膜的膜；通过化学蒸镀（CVD)形成了 薄膜的膜。
[0126] 作为用于得到低氧浓度空气的第二方法、即向空气中添加水蒸气（加湿）的方法， 可以例示出喷雾水的方法、导入蒸气的方法、膜加湿法。这些之中，优选水的蒸发表面积宽、 能够高效加湿的膜加湿。作为膜加湿法，可以例示出利用用水润湿的多孔质膜的方法、利用 水蒸气透过膜的方法、利用气体透过膜的方法等。
[0127] 膜加湿中可以使用水蒸气透过膜，该水蒸气透过膜具有不透过液体的加湿用水而 透过水蒸气的性质。对膜的结构或材料没有特别限定，可以根据用途或使用环境适当选择 合适的结构或材料。水蒸气透过膜是实质上没有克努森流（KnudsenFlow)等气体能够透过 的程度的孔的非多孔质膜，可以使用气体通过溶解?扩散机理在膜中透过的膜、亲水性膜、 疏水性微多孔膜。对于亲水性膜来说，可以通过在膜中存在液体的水且该水发生蒸发来进 行加湿。在疏水性微多孔膜中，气体的水在孔中透过，但液体的水不能在孔中透过。作为水 蒸气透过膜的种类，没有特别限定，可以举出有机系高分子或无机系的气体透过膜。更具体 来说，可以使用上述第一方法中的气体透过膜材料，可以使用在第一方法中记载的在支撑