JP2011514463A - エンジンおよびバーナ用燃焼促進剤 - Google Patents

Abstract

記載されるのは燃料および燃料油の燃焼プロセスを触媒で促進するための発明であって、燃料フィルタ容器または別の容器内に合金構造体またはパッドを有する流通容器の態様の有機スズ化合物を生成するための流通容器内に構造安定スズ含有要素を有し、これらの要素は発火または火炎の光の発生時にその分解および発火によって極端に迅速な点火分布をもたらし、こうして煤の防止と窒素酸化物濃度の低下とをもたらす。
【選択図】図１

Description

本特許出願は、内燃エンジンの燃料内に燃焼促進物質を生成するための流通反応器を述べる。本特許出願は方法として、また装置として述べられる。

本発明の課題は、排ガスの有害物質減少と消費量減少とを目的に内燃エンジン内の燃焼を改善することである。基本的考えは、燃焼を一層均一かつ迅速に経過させることが可能であるとき、エンジン特性の本質的改善が可能であるとのことから出発する。

特許文献１と特許文献２に金属合金のスズ、銅および銀から成る点火核装置が述べられている。これらの装置の欠点は、所要の長い寿命と効果とを保証しない諸材料の構成と保持とにある。この欠点は、構造体が白金等の溶液活性化剤を含まないことから生じる。

同様に、反応器を実用期間に適合させる可能性が考慮されておらず、そのことで応用がやはりかなり困難となる。構造体を保護するための装置がこれらの特許文献では不十分であり、工業的利用には使用することができない。同様に、エンジンルーム全体を満たす最新のコンパクトなエンジンにおける取付けを可能とする解決が示されていない。

独国特許出願公開第１９８２９１７５号明細書 独国特許出願公開第１９９４４２２７号明細書

つまり意外にも、金属合金が溶液活性化剤として白金かまたは混晶のランタンセリウムコバルタイトのいずれかを含有しなければならず、金属合金が形状安定編組体として反応器本体に挿入されねばならず、反応器本体がばね支援フィルタバスケットによって出口側で保持され、かつ取付斜面によって各設備出力に適合されねばならないことが発見された。こうしてのみ、走行距離約６０００００ｋｍ超の機器の作用を維持することが保証される。

さらに意外にも、燃料フィルタの出口側でＩＣＲ材料がコーヒーメーカーに倣って構成されたパッドの態様で本発明に係る構成のシールリングとして挿入されるとき、かなり小さな構造様式のシステム内でエンジンおよびバーナの実用期間に適合させて同じ作用が達成されることが発見された。機器取付用のスペースがエンジンルーム内にない場合でも、パッドは常に存在する燃料フィルタの一体な構成要素であり、かつ付加的スペースを必要としないので、この問題もこうして解決される。

本発明に係る装置の作用によって、燃焼が不規則な速さで経過するのでなく、こうして過度に高い燃焼ピーク、従って窒素酸化物が生成されるのでなく、極端に速く経過するプロセスにおいて燃焼室内での燃焼が完全に分布することになる。

燃焼ピーク、従って窒素酸化物をさらに高めることなく燃焼を迅速に終了させることがこうして可能である。このことは、合金表面への燃焼燃料または燃料の接触時に付加反応によって生成する有機スズ化合物が感光性であることから得られる。有機スズ化合物は１箇所で発火が現れるとすべての箇所で発火を生じ、こうして燃焼を均一に促進する。

意外な知識もしくは発明によって成果をもたらした開発研究の目的は、火炎内の燃焼混合物全体が完全に検出されるまでの時間を最少にすることである。この課題は、若干数の点または１点で火炎が始まり、火炎伝播が比較的多くの時間を必要とする今日の内燃エンジンプロセスから生じる。

今日のエンジンでは燃焼がこのようにゆっくりと開始され、次に燃焼プロセスが強く加速されることによって、混合物全体の燃焼時間は燃焼最終速度が最終的に高いにもかかわらず、クランクシャフトの傾斜位置のときにのみ火炎がピストンに衝突する程度にまで延長される。この衝突はディーゼルエンジンの場合ノッキングとして聴取可能である。というのもピストンは火炎がピストンに衝突するとき圧力衝撃によって壁に押付けられるからである。この押付は、回転数に依存した噴射進角または点火進角によっては防止されない。

始動時に瞬間的に火炎が燃焼室全体を捕え、次に同時に燃焼すると、エンジンにとってはるかに良いであろう。火炎がその伝播時に火炎前線を形成し、次にこの火炎前線がピストンに衝突し、こうして圧力衝撃を加えることもこうして防止されるであろう。この圧力衝撃はディーゼルエンジンの場合聴取することができ、ディーゼルエンジンのディーゼルノックと称される。

内燃エンジンに無限に多くの点火時期を機械的に設けることはできないので、無限に多くの点火時期を巡る開発では化学的方策が追求される。このため、考えられるあらゆる有機化合物の化学的添加剤がそれらの性質をテストされた。

発見された幾つかの燃料化合物は意外なことに、火炎の伝播を光点火によってほぼ任意の短い時期に短縮するほどに実際に感光性である。こうして、発生するコークス粒子の再燃焼用に一層多くの時間と高い温度が利用可能となるようにディーゼルエンジンの点火遅れは短縮されるであろう。

ガソリンエンジンでは、これらの燃料化合物によって混合物のオーバリッチは加速段階のときまったく起き得ないであろう。というのも、オーバリッチの役目は、強い加速時に「加速孔」を防止する付加的点火核を形成することだけであるからである。

さらに、これらの物質が点火分布後でもなお触媒でどの程度安定し、有害物質を抑制しかつ燃焼を促進して、有害物質の少ない完全燃焼に関してどの程度有効であるかが調べられた。

つまり、点火核の形成によって点火を分布させるとともに燃焼プロセス中に触媒安定的にも作用する物質のみが求められた。

意外なことに、これらの性質をすべて有する感光性有機金属化合物が発見された。しかしそれらの製造は高価であり、高い費用要因によって燃焼改善の負担となろう。これは液体としてのこのような有機金属化合物の製造と、燃焼プロセス時に燃料に対するこれらの物質の調量とに関係している。

有機金属化合物がタンク内の燃料に混入できないので、この調量は不可欠である。その場合これらの添加剤はイオン交換でのディーゼルフィルタまたはガソリンフィルタ内の汚れによって無効な化合物に変換され、この方策は成功しなかった。

それゆえにさらに、いかなる濃度でこれらの物質がプロセスに対して完全に効果を発揮し、いかなる濃度以下で、これらの作用がもはや十分でなくなるのかの濃度検査も行われた。その際、濃度が１リットル当り１０μｇ以下の値を下まわってはじめてこれらの物質の有効性は低下することが確認された。

意外なことに、金属合金から成る構造体を燃料が流通するときこの濃度より上の濃度を生成する可能性が生じた。

最後に、費用対効果を肯定的なものにするために製造費、寿命および運転費が調べられた。その際、噴射ポンプに至る供給管路中に直接配置される有機金属化合物の製造費と有効性は化学設備の中央で生成する場合の費用よりかなり下であることが発見された。

こうして本発明の成果は、これらの物質が設備の化学プロセス内で生成されるのでなく、この反応器が内燃エンジン設備の一部として実施されることにある。そのことで費用は、中央で製造することによって生じるであろう費用の微小部分に低下する。これらの反応器は、一定したその作用を内燃エンジンの運転６０００００ｋｍにわたって維持するように開発された。

本発明に係る方法を示す。 本発明に係る装置を示す。 実施形態を方法として示す。 本発明に係る装置を示す。

この発明は、発明の内容を特徴付けるためにＩＣＲ、点火核、ignition core、つまり点火核反応器、ignition core reactorと呼ばれる。本発明に係る方法が図１に基づいて詳しく説明される。燃料フィルタ１と噴射ポンプ２との間で管路３、４を介してＩＣＲ反応器５が介装されている。燃料は燃料フィルタ１から管路３を介してＩＣＲ反応器５内に達し、そこで金属合金との表面反応を介して有機金属化合物を富化（濃くする、enriched）され、管路４を介して噴射ポンプ２内に達する。

ＩＣＲ反応器５内に金属合金が編組体６の態様で配置されている。この編組体はすべての繊維間に同じ空隙距離７を有する。編組体は、構造体がなお８０％の材料除去後でもその構造を失って崩壊することのないように実施されている。

本発明に係る装置が図２に示してある。符号１１が燃料フィルタである。本発明に係る前記ＩＣＲ装置の入口管路１３とＩＣＲハウジング１５のエンジンに至る出口管路１４と合金構造体１６がその間にある。符号１７は合金構造体の要素相互の距離である。

流通温度４０〜５０℃、総流量１０００００リットルにおいて構造を維持するように構造体は質量が設計されている。これは、濃度１ｍｇＳｎ（スズ）、つまり１０００μｇＳｎ（スズ）／リットルのとき、１００ｇ／反応器の重量減少もしくは材料消費量に一致する。反応器の寿命は１０００００リットルと１００ｋｍ当り反応器流通量１０ｌとにおいて１００００時間であり、平均速度６０ｋｍの場合６０００００ｋｍである。

本発明に係る他の開発は燃料内でこのような濃度の有機スズ化合物を達成することに関係している。純粋のスズ（tin）球は表面積が小さすぎ、表面圧密化を生じ、こうして効果は小さすぎ、ますます小さくなる。それゆえに、充填物の圧密化を防止するとともに反応相手たるスズの反応性を高める解決が見出されねばならなかった。

反応性の向上に関して米国特許に明示された物質の鉛、カドミウムおよび水銀は、有害物質令により許可されていない。従って、反応を促進する特性は新規に開発されねばならなかった。これが本発明によれば、環境上懸念のない新規な合金要素の反応促進性を見出すことによって達成された。

触媒活性物質である微量の溶液活性化剤が燃料１リットル当り濃度１ｍｇの有機金属化合物を生成し、白金（platinum）、パラジウム（palladium）およびこれに等価なランタンセリウムコバルタイト（lanthanum-cerium-cobaltite）がこの触媒活性物質に付属し、編組構造体の合金中の銅（copper）、銀（silver）、スズ（tin）等の物質とでこの反応速度をもたらすことが発見された。

これは、純流通時に付加的加熱なしに起きる。本発明によれば合金の組成範囲はスズ（tin）が９０〜９７％、銅（copper）が６〜９％、銀（silver）が０．１〜１％、白金（platinum metals）、パラジウム（palladium）等の白金金属が０．００１〜０．０１％、ランタンセリウムコバルタイト（lanthanum-cerium-cobaltite）が０．０１〜２％である。

本発明によれば、コーヒーメーカーにおいて使用されるようなパッドの態様で合金をガソリンフィルタまたはディーゼルフィルタの流出側に挿入することによって編組構造体は生成される。本発明によればこれらのパッドはコーヒーパッドにおいても行われるのと同様に製造され、違いとしてカバー編組はセルロースからでなく、スズ鍍金ワイヤ布またはプラスチック布から成り、その間にある挿入材はコーヒーからでなく、合金チップと巻き付けて成形体とされる長くて細いワイヤとから成り、または本発明に係る合金に沈められる多孔質支持体は金属構造体またはセラミック構造体から成る。

これらのパッドはシールリングとして出口側でフィルタ内に固着することができる。挿入される合金の消費量がフィルタ交換時間に適合されるようにパッドの数とその容量を確定する可能性がある。こうして、挿入された合金の量がフィルタ交換周期内で十分に使い果たされるように量は低減される。

図３はこの実施形態を方法として示す。符号２１は燃料フィルタ、符号２２は内燃エンジンである。符号２３としたパッドは両側の布とその間にある合金構造体とを有する。図４は本発明に係る装置を示す。符号３１は燃料フィルタ本体、符号３２は内燃機関である。符号３３としたパッド本体はシールリングとして内側と外側で、合金要素を介装した布として配置されており、合金要素は長いワイヤ、連続気泡合金フォーム、積層構造体、またはピンまたはリング等の構造要素として成形されている。

ＩＣＲがエンジンの実用期間に適合され、エンジン内に特殊な付加的組込み物を必要としないとの基本原理がこうして考慮される。個々のエンジンのスペース事情において組込み物は構成するのが困難で時間を要する。

ところで意外なことに、この合金内容物質と流通する燃料との間の反応の完全な作用はＩＣＲ反応器の特殊な活性化・充填プロセスによって可能となることが発見された。これはＩＣＲ反応器製造時の下記ステップにおいて行われる。合金のスズ、銅、銀、白金金属またはその代用物のランタンセリウムコバルタイトから製造されるパッドまたはチップ内容物質が濃縮苛性ソーダ溶液内で浄化され還元され酸洗される。

活性合金は次にプロパノール（propanol）またはブタノール（butanol）を有するアルコール浴内に達し、引き続きガソリンまたはディーゼルの浴内に達する。その後、活性合金は反応器金属ハウジングに押し込まれまたはパッドとして処理される。反応器金属ハウジングは特殊溶接法で編組体の区域を冷却しながら溶接され、次にガソリンまたはディーゼルの混合物を充填される。

このためアルコール浴から、有機溶解アルコールスズを含む混濁物質が混加される。その後、ＩＣＲは座金で密封螺合することによって気密に閉鎖される。パッドの場合不動態化は別の態様で行われる。パッドはガソリンまたはディーゼルに可溶なワックス層によって不動態化され、こうして運転開始に至るまで不活性化は防止される。こうして燃焼促進問題は確かに新規エンジンでは解決されるのであるが、しかし運転中のエンジンでは解決されない。

エンジンはエンジンルーム内に、特に出口弁に汚れを有し、これらの汚れは触媒物質によって焼却される。しかしこれは、エンジンの汚れに応じて、燃料１リットル当り１ｍｇ（１ｍｇ／ｌ）の濃度のとき比較的長く持続する。

それゆえに本発明の課題は、この清浄プロセスを短縮し、機器取付後、可能な燃焼促進、従って燃焼改善をエンジンが清浄状態で達成できることを極力迅速に可能とすることである。

こうして充填されたＩＣＲ反応器はその納品前に少なくとも２ヶ月間貯蔵され、生成する初期液体はＩＣＲ反応器取付後のエンジン始動時にシリンダユニットを集中的に清浄にする。このためＩＣＲ反応器に添付される取付説明書は、まず出口がホース管路を介して噴射ノズルと結合され、次にはじめて入口がフィルタと結合されることを規定している。

燃料フィルタ後にまたはその出口にはじめてＩＣＲ反応器を取付ける必然性は、有機スズ化合物がフィルタの亜鉛堆積物と反応して無効な有機亜鉛化合物となるのを防止することに由来している。これは、本発明によればＩＣＲ反応器の特殊構成によって可能となる。

反応器内に流れ方向で反応編組後にフィルタバスケットがあり、このフィルタバスケットは、衝撃に合せて特別に計算して流れ方向に設けられるばねでもって車両内での衝撃用に設計されている。

パッドとして形成する場合、パッドの内部でその面とカバー層の安定性とで車両衝撃が破壊を生じることなく捕捉されるようにパッドは形成されている。

ところで意外なことに、ＩＣＲ反応器管の取付位置は点火核の濃度を変え、従って燃料の調量濃度を変えることが発見された。取付位置が急峻であればあるほど、濃度、従って有効性は一層高まる。こうして、異なるエンジン寸法用に同じＩＣＲ反応器を使用することができる。

エンジン出力が大きければ大きいほど、取付位置の傾斜は一層大きく選択される。含まれた金属編組の寿命が相応に低下する。すなわちその場合ＩＣＲ反応器はむしろ交換されねばならない。衝撃が金属編組に過度に強く作用することのないように、直接垂直な取付位置は避けねばならない。

特殊な実施例において本発明が詳しく説明される。

９５％のスズと４．５％の銅と０．４９％の銀と０．０１％のランタンセリウムコバルタイトとから成る円形金属ブロックが特殊旋盤で角錐体形状旋削チップへと成形される。直径（dimameter）５８ｍｍとチップ厚１０ｍｍとを有する１０個の角錐体（pyramids）、直径３８ｍｍと内部に１８ｍｍとを有する各１つの角錐体、そして５８ｍｍで外側用にさまざまな内径とを有するリングが製造される。

旋削チップ角錐体が５％苛性ソーダ溶液の容器内に１０分間挿入され、溶液が攪拌装置によって運動保持される。引き続きチップ角錐体がプロパノール容器に１時間挿入される。この容器から各成形品が角錐体およびリングの態様で直径６０ｍｍの管に挿入される。

管の一端は溶接され、直径５５ｍｍの検証済み金属ばねを備えた直径５９ｍｍのフィルタバスケットホルダを有する。

成形品の挿入後、この管は冷却溶接される。ばねを有する管端が出口、他端が入口である。両方の末端は燃料螺合部を備えている。この作業工程の終了後に管は入口側で、座金付き密封ボルトで閉鎖され、燃料と精製済みスズ含有ブタノールとの混合物で容量の９５％が充填され、座金付き密封ボルトで閉鎖される。

こうして製造された製品は製品、組立および機能を明示するステッカーが備えられ、説明書、ホース類、螺合部および取付具と共に包装に包まれる。

他の応用例はパッドの態様のＩＣＲシステムの構成および使用を述べる。蓋から管を通してフィルタ底へと燃料を供給する燃料フィルタはその上に濾過層を有する。

燃料フィルタの上端ではパッドの態様のＩＣＲ挿入材がシールリングとして雄ねじ付きフィルタヘッドと雌ねじ付きフィルタ本体との間で固定される。パッドは燃料フィルタ供給管用の内穴を有する。

この態様で複数のパッドをフィルタ内で固定することもでき、充填物は一度上に張り出し、一度下に張り出し、中央の太いパッド層だけフィルタリングに対して外側で調整される。パッド流通面の大きさのゆえに、パッドの圧力損失が燃料流を著しく妨げることはない。３つ以上のパッドを使用する場合、シールリングはパッドの厚さに実施されなければならない。これは、燃料フィルタのフィルタヘッドのねじ延長を必要とする。

特殊な実施例においてパッドとしての実施が説明される。図３に相当するディーゼルフィルタを備えたゴルフ・ディーゼルにプラスチック編組付きの２つのパッドが挿入される。このパッドは直径１００ｍｍ、内径１４ｍｍであり、１４ｍｍの供給管に摺着される。外面は厚さ５ｍｍのシールに溶接され、シーリングコンパウンドで被覆されている。プラスチック編組間の合金挿入材を構成するワイヤは太さが０．１ｍｍであり、１０ｇの総質量をもたらす長さを有する。この長さは約２０ｍである。

図１の符号
１ 燃料フィルタ
２ 噴射ポンプ
３ 燃料フィルタからＩＣＲに至る管路
４ ＩＣＲから噴射ポンプに至る管路
５ ＩＣＲ反応器
６ 金属合金から成る編組体
７ 金属合金構造体との空隙距離
図２の符号
１１ 燃料フィルタ本体
１２ 内燃エンジンまたはバーナの噴射ポンプ
１３ フィルタからＩＣＲ反応器本体に至る管路
１４ ＩＣＲ反応器本体からエンジンまたはバーナの噴射ポンプに至る管路
１５ 金属合金編組を内側に有する反応器本体
１６ 金属合金編組
１７ 金属合金編組との空隙距離
図３の符号
２１ パッドを受容するためのフィルタ
２２ エンジンまたはバーナ
２３ フィルタ本体または別のハウジング上の、実用時（３００００〜５００００ｋｍ）に切り換えるためのシールとしての単層または多層パッド。
図４の符号
３１ フィルタ本体とヘッドとの間でパッドをシールとして受容するためのねじ付きフィルタ本体
３２ エンジンまたはバーナ
３３ 本発明に係る合金から成るＩＣＲ物質を介装したパッド本体

Claims (4)

1. 合金から成る構造体内で燃料または燃焼燃料との化学反応によって内燃エンジン、タービンおよびバーナの燃焼を促進するための方法において、スズ含有合金が形状安定構造体へと成形され、還元性溶液内で活性化され、燃料または燃料油の流通容器に充填されることを特徴とする方法。
2. スズ含有合金が金属のスズ、銅、銀を含み、活性化剤が白金金属またはランタンセリウムコバルタイトを含むことを特徴とする、請求項１記載の方法。
3. パッドの態様のＩＣＲ材料が燃料フィルタヘッド内でシールリングとして単数または複数の層で挿入され、周期的に取り替えられることを特徴とする、請求項１記載の方法。
4. 本方法を実施するための装置において、金属合金用受容容器がフィルタバスケットとそのなかにある緩衝ばねを有することを特徴とする装置。

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