JP2009516115A - 内燃機関用燃料強化システム - Google Patents

Abstract

炭化水素燃料を処理するための方法は、燃料の燃焼効率を高めるような周波数および強度で複数の衝撃波を燃料に印加するステップを含む。炭化水素燃料を処理するための装置は、燃料処理チャンバと、処理される炭化水素燃料を処理チャンバに導入するための入口と、処理された炭化水素燃料を処理チャンバから除去するための出口と、燃料の燃焼効率を高めるような周波数および強度で複数の衝撃波を処理チャンバ内の燃料に与えるための手段とを備える。本装置は、特に内燃機関の燃料供給システムの中への設置に好適である。

Description

本発明は、内燃機関用燃料を強化する方法、およびそれを実行する装置に関する。特に、本発明は、炭化水素燃料の燃焼効率および燃焼性能を改善する方法および装置に関する。

内燃機関に使用する炭化水素燃料は、一般に蒸留工程によって調製され、適切な留分の燃料を原油などの出発原料から調製される。蒸留工程から直接得られた炭化水素燃料は、なんらかの期間保存された燃料、特に大気と接触して保存された燃料より効率的に燃焼し、よって機関効率もより優れていることが知られている。

こうした燃料の劣化は、比較的軽量で反応性に優れた炭化水素分子である揮発性成分の喪失が主因であることも知られている。

さらに、そのような劣化燃料は、種々の手段、例えば、長鎖炭化水素を分割または開裂してさらに処理することにより、長鎖分子の一部が一層分解され、その結果、弱く付着した軽量かつ反応性に優れた炭化水素分子が解放され得ることが知られている。

反応性が比較的高い分子がわずかな割合で存在し、そのような物質が内燃機関燃料として使用されると、全体燃焼効率が向上することが知られている。

炭化水素燃料、特に内燃機関に使用する燃料を処理する方法およびシステムの改良に対するニーズが存在し、それによって、燃料特性、特に機関内での燃料燃焼効率を向上できる。そのような方法およびシステムが燃焼のために機関に送られる直前の炭化水素燃料に対して適用できれば、ことさら有効であろう。

本発明の第１の側面に基づいて、炭化水素燃料を処理する方法が提供される。本方法は、ある周波数および強度で複数の衝撃波を燃料に印加するステップを含み、この方法によって燃料の燃焼効率を高める。

本方法は、処理される炭化水素燃料から軽量炭化水素分子を解放することによって作用する。次に燃料の性能を向上させて、特にその燃焼効率を改善する。これは、燃料から得られるパワーの増加と関連する。あるいは、機関の所定の負荷を遂行するために必要な燃料の量の削減と関連する。

本発明の方法は、燃料として使用され得る任意の炭化水素の流れまたは細分への適用に好適である。本方法は、特に従来の原油処理から生じた燃料の処理に好適である。しかし、本方法は、その他の原料、例えば合成燃料およびいわゆるバイオ燃料などからの炭化水素燃料の処理にも好適である。本方法は、特にガソリン、軽油、ディーゼル油などの内燃機関用燃料の処理に好適である。

本発明の方法は、軽量かつ反応性に優れた留分を喪失した炭化水素燃料に対して最も有利に適用される。使用直前の炭化水素燃料を処理するために、本方法が用いられることが好ましい。例えば、本方法は、内燃機関、特に自動車の供給ラインにおける燃料に適用されてもよい。

衝撃波は、任意の適切な方法で燃料に印加されてもよい。本発明の方法の好ましい実施形態は、燃料と接触して配置された磁気反応性の多孔質量を利用することにより衝撃波を印加する。特に好ましい実施形態において、その本体は、第一鉄またはその他の磁気反応性材料で形成され、脈動する磁場作用の下で、燃料と接触しながら応答するようにされる。

衝撃波は、好ましくは複合炭化水素燃料に１つ以上の公称周波数で印加される。印加される衝撃波の周波数および強度は、軽量留分を増加させる周波数および強度である。したがって、所定の燃料組成に好適な周波数および強度は、当業者の能力の範囲内でルーチン実験によって決定されてもよい。理論モデルは、１ｋＨｚ未満から多ギガＨｚの公称周波数によって必要な反応が引き起こされ得ることを示す。

好ましい一実施形態において、燃料は特に５〜１００ｋＨｚの範囲におけるパルス繰返し速度において衝撃を受ける。前述の範囲内の複数の異なる速度が、種々の燃料の軽量留分を解放する必要に応じて、特定の燃料組成に適用され得る。

本発明の方法において使用する１つの好ましい衝撃波レジームは、衝撃波を１つの公称周波数で提供し、この周波数はある期間にわたって公称値から増加または減少させられることによって変化する。適切な周波数の変化は、公称周波数の１〜１０％の範囲、より好ましくは２〜５％の範囲内である。周波数の変化は、漸次的またはステップ変化として適用されてもよい。

さらに好ましいレジームにおいて、衝撃波は、所定の期間、いわゆる「励起」期間に適用され、次に衝撃波が燃料に印加されない非活動または「休止」期間が続く。好ましくは、励起期間および休止期間の長さは実質的に等しい。

前述のとおり、燃料は複数の異なる公称周波数で衝撃波を印加することによって処理されてもよい。そのような場合、１つの好ましいレジームは、１つ以上の励起期間中に、上述のとおり増加または減少させられた第１の公称周波数で衝撃波を印加することである。その後、燃料は、上述のとおり増加または減少させられてもよい第２の公称周波数で衝撃波を受ける。さらに異なる公称周波数で、さらなる処理を適用してもよい。好ましくは、それぞれの公称周波数の間に、長い休止期間を適用する。

所定の公称周波数に対する励起期間および休止期間、および連続する異なる公称周波数の間の休止延長期間の長さは、燃料流速、燃料組成、および運転条件などの要素に基づいて変化する。最適な長さは、ルーチン実験によって決定されてもよい。

安全上の理由から、本発明の方法は、燃料温度を監視するステップを含んでもよい。特に、処理後の燃料温度を監視し、所定または設定された最高運転温度と比較してもよい。燃料温度が最高運転温度を越えた場合は、本方法を停止させてもよい。

既に説明されているように、本発明の方法は、改善された燃焼特性を有する燃料を提供する。したがって、本発明のさらなる側面は、前述の方法で生成処理された炭化水素燃料を提供する。

また本発明は、前述のように機関に供給される燃料を処理するステップを含む、内燃機関の運転方法を提供する。

本発明のさらなる側面に基づいて、炭化水素燃料を処理するための装置が提供され、本装置は、
燃料処理チャンバと、
処理される炭化水素燃料を処理チャンバに導入する入口と、
処理された炭化水素燃料を処理チャンバから除去する出口と、
燃料の燃焼効率を高めるような周波数および強度で複数の衝撃波を処理チャンバ内の燃料に与える手段とを備える。

装置は、単純かつ小型に構成されてもよく、それによって自動車の燃料供給システムなどの内燃機関の燃料供給システム内に設置できる。このようにして、燃料は、機関で使用される直前に処理される。

装置は、入口および出口を有する燃料処理チャンバを備える。単純形状の燃料処理チャンバは、炭化水素燃料が流れ、衝撃波を与える手段が配置された長い導管またはパイプであってもよい。処理チャンバの代替構成が提供されてもよいことは明らかである。

任意の好適な手段を利用して、処理チャンバ内の燃料に衝撃波を与える。好ましい一実施形態は、処理チャンバ内で燃料と接触する質量を含み、この質量を運動させることにより燃料に衝撃波を与える。

特に好ましい実施形態において、本体は、適切な脈動磁場の適用によって機械的に影響され得る磁気反応性材料からなるか、または構成される。この実施形態において、装置は、磁場を生成して処理チャンバを横切らせ、磁場を必要な周波数で脈動させて、その中心における運動によって必要な強度の衝撃波を燃料に印加する手段をさらに備える。磁場は、例えば、処理チャンバの周囲に配置され、適切な回路または制御装置の制御下で電流によって励起されるコイルによって生成されてもよい。

１つの構成において、本体は、印加された磁場に反応する複数の別個のワイヤを備える。複数のワイヤは、軟鉄またはその他の適切な磁場反応性材料で形成されてもよい。反応性ワイヤは、反応過程を改善することがわかっているその他の材料、特にスズ（反応触媒として）および／またはアルミニウム（常磁場崩壊剤として）のワイヤと混合されてもよい。

上述のとおり、安全上の理由から、本装置は炭化水素燃料の温度、特に処理チャンバから放出する燃料の温度を監視するための手段を備えてもよい。既定の最高運転温度を越えた場合、装置を止める手段が提供されてもよい。

本装置の運転を制御するための好適な制御手段は、当該技術分野において周知のコンポーネントおよび商業的に入手可能なコンポーネントから組み立てられてもよい。制御装置を連結して、機関に関連するその他の制御システムからのデータおよび信号を交換してもよい。特に、制御手段を配置して、例えば装置を通る燃料の流れを特定することによって装置の性能を監視し、それに従って装置の運転を調整してもよい。

別の側面において、本発明は、前述のような装置を備える内燃機関を提供する。本装置は、機関の燃料供給システムにおいて最も好適に配置され、機関に導入される直前に燃料が処理されるようにされる。

ここで、添付の図面を参照し、単に例示の目的で本発明の実施形態について説明する。

図１を参照すると、一般に２として示される燃料処理装置が示される。装置２は、一般に円筒形の燃料処理チャンバ４を備える。燃料処理チャンバ４は、高温プラスティック、ガラス、またはその他セラミックなどの適切な非磁気材料で形成される。燃料処理チャンバ４は、いずれの末端においても流体密封の末端キャップ６が提供され、それぞれの末端キャップは燃料入口８および燃料出口１０を提供するパイプを備えている。

燃料処理チャンバ４の中に、細い磁気反応性軟鉄ワイヤ１４からなる本体１２が設置され、ワイヤはチャンバ４の中で縦方向に延在する。軟鉄ワイヤ１４の間には、少数のスズおよび／またはアルミニウムワイヤ１６が挿入される。本体１２のワイヤ１４および１６は、一般に粗いフィルタ材料１８のプラグによってチャンバ４内の位置に維持される。軟鉄ワイヤ１４は、印加された磁場の作用に自由に反応する。

例えば、銅などの低インピーダンス導体の高電流巻線２０は、処理チャンバ４の外周に沿って延在する。高電流巻線２０は電流源に接続され、図２に示されるような一般的構成を有するコントローラによって供給が制御される。

図２を参照すると、一般に１０２として示されるコントローラは、切替トランジスタＴＲ１および高電力電界効果トランジスタＦＥＴ１を介して駆動信号を出力部２．１から高電流巻線２０に提供するよう配置されたマイクロコントローラ１０４を備えている。

マイクロコントローラ１０４は、電力効果トランジスタＦＥＴ１からの電圧を検知するための入力部２．２を有する。この信号を使用して装置を止め、適切な指示をユーザに提供する。本装置は、緩衝化プロセッサの「電源オン」信号が「電源オフ」状態にある任意の期間に、電流が高電流巻線２０に供給されている状態でフォールトする。この点において、遅断ヒューズまたはその他の類似装置を開路することによって本装置を停止させる。信号は、マイクロコントローラ１０４の出力部２．３から、導電によってヒューズを飛ばす高電力電界効果トランジスタＦＥＴ２に送信される。

また、コントローラ１０２は、マイクロコントローラ１０４の出力部２．４および２．５からの信号下で操作するよう形成されてもよい多くのディスプレイ装置を促進する。

装置が取り付けられた機関または車両の制御システム、例えば燃料注入システムからの信号は、マイクロコントローラ１０４の入力部２．６、２．７、および２．８において受信され、装置に適用された信号を燃料の流速に比例して調整する。これらの入力部を使用して、装置または装置が接続された機関におけるその他の位置での個別のセンサからの信号を受信してもよい。

図２に示されるように、マイクロコントローラ１０４の端子２．９および２．Ａは、外部のＥＥＰＲＯＭ装置１０６に接続される。本装置は、接続された特定の機関に関するデータを提供するために使用される。また本装置を使用して、その他のデータ記憶装置を提供してもよい。

車両または設備のバッテリ／発電システムから電力を引き込む電圧レギュレータ１０８によって、電流をコントローラ１０２に供給する。

本発明は、以下の作動例においてさらに説明される。

図１に示される構成および前述の構成を有する燃料処理装置は、商業的に入手可能な自然吸気ガソリン機関駆動の交流発電機の燃料供給システムの中に設置された。

本装置のキャブレータは、離れたところに配置された燃料タンクから重力供給され、燃料タンクは高性能の高分解能秤量装置の上に置かれた。

発電機の電気出力部を、断熱性の高い１０ガロン温水器の入力部に接続した。

機関を一定条件下で運転し、温水器内の同一量の水を加熱した。

複数の試験のそれぞれにおいて、機関を１５分間運転した。その後、温水器中の水をさらに１０分間放置した後に、最終温度を測定した。各実行の間でタンクを排水し、洗浄して水を入れ替えた。

すべての実験において、キャブレータの入り口に向かう燃料を、燃料処理装置の燃料処理チャンバを通って流れさせた。

代替試験間の差は、燃料処理装置に適用される電力だけであるようにして試験を行った。休止状態に先行して励起状態にある装置、およびその反対の状態にある装置も同様に実験を行った。

燃料処理装置は、３つの公称パルス繰返し速度１９．４２ｋＨｚ、３３．３３ｋＨｚ、および５６．４２ｋＨｚで運転された。信号を連続した期間にわたって適用した後に、延長した残りの期間は信号を適用しなかった。各公称信号周波数はわずかな期間の変化（振動）を受け、その変化は１〜５％の周波数の増加と減少の両方であり、先行する励起期間と実質的に等しい長さの休止期間によって分離された周波数の連続的な変化を伴っている。

これらの試験結果が表に示されている。

表に示すデータを参照すると、ガソリン燃料の処理によって機関性能が著しく向上することがわかる。特に、実験１と実験２とを比較すると、燃料を処理した場合、処理なしの燃料と比べて、機関を１５分以上運転した後、１０ガロンの水が加熱されて１．７Ｆ高くなったことがわかる。この温度上昇は、有意により少ない燃料を使用して得られたことにも注目すべきである。ＣＲ値を使用すると、これは機関効率が１６．８％向上したことを示す。

同様に、実験３と実験４とを比較すると、運転時間の経過後において１．９Ｆの付加的な温度上昇が得られ、この場合においても燃料消費における有意な減少を伴っていることがわかる。ＣＲ値を使用すると、これは機関効率が１４．３４％改善したことを示す。

すべての実験は、標準的な条件の組の下で行われたため、機関性能の向上は、処理の結果として燃料特性が変わったことに起因すると考えられる。

図１は、本発明に基づく装置の断面図である。 図２は、図１の装置と併用するコントローラの回路図である。

Claims (28)

1. 炭化水素燃料を処理する方法であって、該燃料の燃焼効率を向上するような速度および強度で、複数の衝撃波を燃料に印加することを含む、方法。
2. 前記炭化水素燃料は内燃機関用燃料である、請求項１に記載の方法。
3. 前記炭化水素燃料はガソリン、灯油、またはディーゼル油である、請求項１に記載の方法。
4. 前記炭化水素燃料と接触して質量を運動させることによって、前記衝撃波を前記燃料に印加する、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
5. 前記質量は磁気的に反応する材料、特に軟鉄ワイヤである、請求項４に記載の方法。
6. 前記質量は磁気的に反応し、該質量の相対運動は、脈動する磁場を該本体に印加することによって誘導される、請求項５に記載の方法。
7. 前記衝撃波は、１ｋＨｚ〜５ＭＨｚの範囲の公称周波数で前記燃料に印加される、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
8. 前記公称周波数は、２ｋＨｚ〜１ＭＨｚの範囲内である、請求項７に記載の方法。
9. 前記公称周波数は、５〜１００ｋＨｚの範囲内である、請求項８に記載の方法。
10. 前記衝撃波は、複数の異なる公称周波数で前記燃料に印加される、請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
11. 前記燃料の温度を監視することをさらに含む、請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
12. 前記燃料が既定の閾値温度より低い場合に限り、前記衝撃波を該燃料に印加することを含む、請求項１１に記載の方法。
13. 内燃機関に供給される前記燃料に印加される、請求項１〜１２のいずれかに記載の方法。
14. 請求項１〜１３のいずれかに記載の方法によって得られる、炭化水素燃料。
15. 請求項１〜１３のいずれかに記載の、前記機関に適用される前記燃料を処理することを含む、内燃機関を運転する方法。
16. 炭化水素燃料を処理する装置であって、
    燃料処理チャンバと、
    処理される炭化水素燃料を該処理チャンバに導入する入口と、
    処理された炭化水素燃料を該処理チャンバから除去する出口と、
    該燃料の燃焼効率を高めるような速度および強度で複数の衝撃波を該処理チャンバ内の燃料に与える手段と
    を備える、装置。
17. 複数の衝撃波を与えるための前記手段は、前記処理チャンバ内の燃料と接触している機械的に反応する質量を備える、請求項１６に記載の装置。
18. 前記質量は金属である、請求項１７に記載の装置。
19. 前記質量は複数のワイヤである、請求項１８に記載の装置。
20. 前記質量は磁気的に反応する、請求項１８または１９に記載の装置。
21. 固体と相互作用する磁場を生成する手段と、該磁場を脈動させて該固体を機械的に振動させる手段とをさらに備える、請求項２０に記載の装置。
22. 前記炭化水素燃料の温度を測定する手段をさらに含む、請求項１６〜２１のいずれかに記載の装置。
23. 前記燃料の温度が既定の閾値を越える場合に、前記装置の運転を停止する手段をさらに備える、請求項２２に記載の装置。
24. 内燃機関の前記燃料供給システム内に設置するために適合された、請求項１６〜２３のいずれかに記載の装置。
25. 請求項１６〜２４のいずれかに記載の装置を備える、内燃機関。
26. 先に述べたような実質的に炭化水素燃料を処理する方法。
27. 添付の図面を参照して実質的に先に述べたような装置。
28. 先に述べたような実質的に内燃機関を運転する方法。

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