JP2007510097A - 排出物質制御装置 - Google Patents

Abstract

互いに向き合った角度を形成して配向された複数のチャンネルを有する本体部分と、そして各チャンネルの中に配置された少なくとも１つの磁石を備え、該磁石の少なくとも１つは本体部分に隣接した共通の場所において指向された磁界を作り出すように配向された極軸を有する排出物質制御装置。

Description

今や磁界を用いた流体本体の処理が様々な有益な効果をもたらす能力があることが認められている。

燃料を処理するための磁気的装置は従来から提案されてきており、そしてそのような装置の記述は：
・国際特許出願Ｎｏ．ＷＯ９９／２３３８１
・米国特許Ｎｏ．５５５８７６５
・米国特許Ｎｏ．５１６１５１２
・国際特許出願Ｎｏ．ＷＯ００／３１４０４
・オーストラリア特許出願Ｎｏ．２００１２５８０５７
の中に見い出すことができる。

世界中の行政当局は非路上エンジンを含むガソリンおよびディーデルエンジンの効率化を奨励するように動いており、そして特にエンジンからの有害排出物質を削減するための製品を奨励するように規制している。

最も近代的な自動車は、機械式または電気式のいずれかの燃料噴射システムを備えている。

そのようなシステムにおいて、噴射器は燃料レール中の吸引ダクトの中の気流の中へ燃料を噴霧するように開いている。噴霧器は、それらが吸気バルブにおいて燃料を直接噴霧するように吸気マニホールドの中に装着される。燃料レールと呼ばれるパイプは、全ての噴射器に圧力が掛けられた燃料を供給する。

近代的な噴射システムのための燃料レールはアクセスでき、そしてそれ故、処理装置を取り付けるための場所を提供する。

本発明の一目的は、有害排出物質を削減するために燃料噴射システムの燃料レールを介して燃料を処理するための装置および方法を提供することである。

さらなる目的および利点は、例示としてのみにより提供される次の記述により明らかとなるであろう。

本発明によれば、
（ａ）互い角度をなして配向された複数のチャンネルを有する細長い本体部分と、そして
（ｂ）各チャンネルの中に配置された少なくとも１つの磁石を備え、該磁石の少なくとも１つは本体部分に隣接した共通の場所に向けられた磁界を作り出すように配向された極軸を有する各チャンネル、
からなる排出物質制御装置が提供される。

各チャンネルは、最も適当には略１２０°の間隔で互いのチャンネルに対して配向される。各チャンネルは、典型的には該チャンネルの中へ磁石の挿入、または磁石の交換を許容する開口面を有する。

開口面は、放射状に略１２０°の間隔があけられる。

装置は本体部分を囲む筒状のカバーを含むことができ、そして共通の場所で共通の開口を提供する。カバーは種々のチャンネルの中に提供される磁石をしっかりと固定するように、本体部分に関して取り付け自在であってもよい。

第１のチャンネルの中に装着された少なくとも１つの磁石は、ネオジウム鉄ボロン磁石であってもよい。磁石の数およびタイプの別の形態を本発明により使用できるけれども、好ましくはこのタイプの磁石が備えられる。

第２および第３のチャンネルに装着される磁石はフェライトか、またはネオジウム鉄ボロン磁石でよい。再びこのタイプの磁石の複数が備えられるが、磁石の数およびタイプの別の形態が本発明によって使用することができる。

本発明の最も好ましい具体例によれば、単一の棒磁石が第１および第２のチャンネルの中に提供できる。

カバーは、アルミニウムチューブから製作または成形される。

本発明によれば、燃料噴射システムの燃料吸気レールにより前述のように同軸に装着された装置からなる燃料噴射システムを備えたエンジンの空気燃料／燃料混合物を処理する方法が提供される。

装置は、燃料レールの外部に装置されてもよい。

装置は、燃料レール内部または部分的に内部に装着されてもよい。

理論に制限されることを望むことなく、本発明者らは、磁界を特定の整列および／または交差整列に置くことが炭化水素流体粒子を霧化する能力に影響を及ぼすことを見い出した。とりわけ、炭化水素流体の霧化効果増大が実現された。

一般的な物理法則は、粒子が小さければ小さいほどその粒子の表面張力は低下し、そして粒子の重量が低下することを示唆する。したがって、粒子が小さいほど、炭化水素流体の粒子が本発明による装置の磁力の影響が及ぶ領域から吸気マニホールドを通過する距離を移動して、そして燃焼室の中へ移動する時のその粒子の浮遊時間を増やす結果となる。

噴射された時の炭化水素の流速そして空気の速度は、空気中に浮遊した炭化水素流体粒子を保持し続けるのに影響を及ぼすことができ、そして、もし炭化水素流体粒子がより小さくかつ軽いなら、より長い期間より多くの粒子を浮遊させる能力を高めることができる。燃焼室へ到達するまで浮遊状態の流体の総量が多ければ多いほど、燃焼点において空気にさらされる炭化水素流体粒子の表面積が大きければ大きいほど、それにより燃焼率、燃焼効率そして完全燃焼が増加する。１つの結果は、炭化水素流体単位当りの発生するパワーを増加できることであり、かつ、燃焼効率が増加することにより生成される有害な排気ガスが低減できることである。

磁界が炭化水素流体粒子のサイズに影響することができる１つの方法は、炭化水素流体の粘性に影響を及ぼすことである。これは、磁界の作用が炭化水素流体中の炭化水素鎖を整列させことにより発生し得る。炭化水素鎖はある程度の常磁性を示すから、整列作用を実行することができる。常磁性材料はその原子が双極子モーメントを有することができる材料であるが、永久磁性は外部磁界の影響以外存在しない。もし、磁界がそのような材料に適用されると、双極子モーメントは磁界に並ぼうとするが、しかし、それらの不規則な熱運動により完全に整列させることが邪魔される。なぜなら、双極子は適用された磁界に並ぼうとし、そのような材料の磁化率は向上するが、しかし、強い強磁性効果がないから磁化率はかなり小さい。もし、もっぱら平均して比較的小さな原子の分率が磁界（たとえば３０％またはそれ以下）に整列させられると、その時の磁化はキュリーの法則に従う。

ここでＣは定数（各異なる材料により異なる）、Ｔはケルビン温度、およびＢ_ｅｘｔは適用された磁界である。キュリーの法則は、もし、Ｂ_ｅｘｔが増加すると磁化も増加する（磁界が強いほど、さらに双極子を整列させる）ことを述べている。また、それは、もし、温度が上がると磁化は減少する（増加された熱振動は、整列の阻止を助ける）ことも述べている。キュリーの法則は、概して磁界により、もっぱら比較的小さい原子の分率が整列させられた試料に対してのみ働く。整列された分率が大きくなった時、キュリーの法則は適用された磁界Ｂ_ｅｘｔをもってまさに磁化が永久に大きくなることを予測するから、もはやキュリーの法則は維持されない。しかしながら、双極子が一旦は１００％整列させられるのでこれは真実でなく、磁化のさらなる増加は不可能である。これが起こった時、私たちは材料が飽和されたといい、そして原子は大体それらが到達できるだけ整列させられるので、さらなるＢ_ｅｘｔの増加またはＴの低下は、磁化をそれ程変化させないであろう。

常磁性体材料が強い磁界の中に置かれた時、それは磁石となり、そして強い磁界が存在する限り、それは通常の方法で他の磁石を引き寄せたりはねつけたりするであろう。しかしながら、強い磁界が取り除かれた時、正味の磁石の整列は、双極子が緩和してそれらの普通の不規則な運動へ戻るために失われる。

炭化水素鎖の整列効果は、炭化水素流体粒子が形成された時、炭化水素流体粒子のサイズを小さくすることを許容できる。（鎖が整列され続ける時間の長さは、限定でなく、導管表面の内部相互作用、流体密度、および粒子流が通過する通路の曲がりの程度を含む幾つかの影響に依存し、これは、燃焼エンジンにおいて特にあてはまる。）

この効果は、単位スケールを用いた以下の例に見られる。

もし、霧化された炭化水素の１つの粒子（一様な球形として計算され、そして“Ａ”として同定される）は直径が１２の任意の単位であるとすると、その時のその粒子の表面積は４πｒ^２、あるいはこの粒子の半径は６単位であるから、略４５２．３平方単位の表面積であるはずである。

その同じ球形Ａの体積は４／３πｒ^３あるいは９０４．８立方単位であるはずである。

もし、磁気的影響がある作用により、炭化水素鎖の詰め込み因子を２０％まで変化させる効果を有するものとし、霧化された炭化水素粒子のサイズを２０％まで減少させるとすると、その時の直径が１２単位より２０％小さい、または直径が９．６単位の粒子（粒子“Ｂ”）の表面積および体積の上記計算結果は以下のようになるはずである：
表面積は２８９．５平方単位、そして４６３．２立方単位の体積である。

もし、システムへ入る時の霧化されたすべての炭化水素の総体積が一定であるとすると、粒子Ａと粒子Ｂとの間の体積の違いは、１つの粒子Ａの代りに略２つの粒子Ｂが作られる（９０４．８／４６３．２は、１．９５３あるいは略２に等しい）ことが必要となる。もし、２つのＢ粒子が作られたとすると、その時のこれらの２つのＢ粒子に対応する表面積は、２８９．５単位×２あるいは５７９平方単位である。粒子Ａの表面積は、４５２．３８平方単位である。したがって、単体のより大きな粒子と同じ体積を有する、２つのより小さな体積の粒子が提供されることにより実現される表面積の総増加分は１２６．６２平方単位であり、それはより小さな粒子の表面積が略２８％表面積を増加することを示すものである。

空気との接触のために利用できる表面積の増加、および燃焼プロセスのために利用できる表面積の増加、燃焼効率の増加が実現される。

燃焼効率の増加は、排出物質のさらなる低レベル化および炭化水素流体単位当りのさらなる高出力化に帰することができる。

今や、本発明の局面は添付の図面に関連して詳細に述べられるであろう。

図面に関して、本発明による装置は総体に矢印１により示される細長い本体であって、該本体はその中に複数のチャンネル２を提供し、各チャンネルは角度をなして配向された開口面３を有するものから構成することができる。

矢印４により総体に示される複数の磁石４は、図示されるように本体に隣接した共通の場所へ向けられた磁界を作り出す極軸を備えており、そしてチャンネルの中に配置される。

開口面は、放射状に略１２０°の間隔があけられる。

装置は本体部分１を囲む筒状をカバー５を含むことができ、そしてチャンネルの中に配置される。

開口面は、放射状に略１２０°の間隔があけられる。

装置は本体部分１を囲む筒状をカバー５を含むことができ、そして共通の場所で共通の開口６を提供する。

装置は、磁界のための共通の場所を区画する共通の燃料レール７（図２および３を見よ）の上に装着される。

磁石は、分割された磁石または棒状であってもよい。

磁石のタイプは変更してもよく、たとえば、第１のチャンネル８の磁石をネオジウム鉄ボロン磁石とし、そしてチャンネル９およびチャンネル１０の磁石をより弱いフェライト磁石としてもよい。

カバー内部の空間は、たとえばエポキシ樹脂の非磁性充填剤により全部または部分的に満たすことができる。

本発明の装置は、主としてエンジンからの好ましくない排出物質のレベルを低減することに関するものであるが、燃料消費を低減するらしい。

燃料ラインへ適用された磁界は、燃料ラインのすぐ近くに隣接した磁石により燃料に直接適用される。燃料ラインにすぐ近い磁石からの磁束の磁力線は燃料ラインの断面全体に偏向して広がり、そして強力な磁石の効果は燃料プロセスを助けるものと考えられる。

また、特別の態様において燃料中の炭素鎖の整列が起こるものと考えられる。テストは、特定の磁界整列により液体燃料の粘度が影響を及ぼされることを示した。

テスト例は以下の表の中で示され、その中のテストは電気的に制御される燃料噴射システムを備えた自動車により実施された。

テストＮｏ．１
自動車：ホールデン コモドアー、１９９１年型、型式ＶＮ。
テストは、一定の時速６０ｋｍで実施した。エンジンの運転温度は、温度が流体粘度にも変化をもたらすのでテストする前に検証された。テストは、テストを通して５％の幅の範囲内で記録され、かつ保持された環境条件（湿度および温度）において実施された。ガス状の排気中の排出物質がその時分析された。

基本ラインのセット
HEX ppm NOX ppm CO％ CO_２％
テスト９／７Ａ 60 535 0.44 14.67
テスト９／７Ｂ 53 509 0.47 14.82
基本ライン 56.5 522 0.45 14.745平均値

装着装置
テスト９／７Ｃ 39 519 0.28 14.55
テスト９／７Ｄ 34 495 0.27 14.44
装置 36 504 0.27 14.495平均値

％向上 36.2％ 2.8％ 40％ 1.7％

テストＮｏ．２
条件は、上記速度を一定の速度８０ｋｍへ上げたもの。

基本ラインのセット
HEX ppm NOX ppm CO％ CO_２％
テスト７／１０Ｃ 114 1125 0.54 14.82

装着装置 79 1056 0.36 14.68

％向上 30.7％ 5.3％ 33.3％ 0.9％

したがって、本発明による装置の利益は上記テストから理解することができる。

図１は、本発明の１つの可能な実施例による排出物質制御装置の分解斜視図である。 図２は、噴射システムの燃料レールに適用された図１の排出物質装置の端部／断面図である。 図３は、エンジンの噴射システムの燃料レールへ適用された図１の装置の概略図である。

Claims (9)

1. （ａ）互いに角度を形成して配向された複数のチャンネルを有する細長い本体部分と、そして
   （ｂ）各チャンネルの中に配置された少なくとも１つの磁石を備え、該磁石の少なくとも１つは本体部分に隣接した共通の場所に指向された磁界を作り出すように配向された極軸を有する、
   排出物質制御装置。
2. 開口面は、放射状に略１２０°の間隔があけられている請求項１に記載の排出物質制御装置。
3. 本体を囲み、かつ、共通の場所で共通の開口を提供する筒状のカバーを含んでいる請求項１又は２に記載の排出物質制御装置。
4. 第１のチャンネルの中に装着された磁石は、ネオジウム磁石である請求項１ないし３のいずれかに記載の排出物質制御装置。
5. 第２および第３のチャンネルの中に装着された磁石は、フェライト磁石である請求項１ないし３のいずれかに記載の排出物質制御装置。
6. カバーは、アルミニウムチューブから製作または成形される請求項３に記載の排出物質制御装置。
7. 燃料噴射システムの燃料吸引レールに同軸に装着された請求項１ないし６のいずれかに記載の装置を装着してなる燃料噴射システムを備えたエンジンの空気燃料混合物を処理する方法。
8. 該装置は、燃料レールの外部に装着される請求項７に記載の方法。
9. 該装置は、燃料レール内に装着される請求項７に記載の方法。

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