JP2019019814A - 熱機関の燃焼促進装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱機関などの燃焼装置で燃焼させる軽油などの燃料の燃焼を改善して促進させ、燃焼により得られるエネルギーを増加させる装置を提供する。【解決手段】熱機関の外部に設置した高周波発生装置２−１から発生した電磁エネルギーを、熱機関の燃焼室を構成する外殻表面に対し放射アンテナ４によって供給する。これにより燃焼室内部の燃焼が改善される。この改善した燃焼により、変換される運動エネルギーが増加し燃料費を節減することができる。尚、放射する高周波の電磁エネルギーは、そのエネルギー値が時間軸に対して変動する特徴をもつ。【選択図】図１

Description

本発明は、軽油などの液体燃料や、気体燃料を燃焼させる燃焼促進装置および熱機関に関する。

ディーゼルエンジンやガソリンエンジンなどの熱機関は燃料の燃焼エネルギーを機械エネルギーなどの運動エネルギーに変換する。このため、熱機関の機械エネルギーの大きさは燃料の燃焼に依存している。燃料の燃焼は、燃料、空気、温度、燃料と空気の混合割合などの影響を受ける。燃焼から変換されるエネルギーは燃料の燃焼速度や燃焼の状態によっても異なってくる。したがって、燃焼状態が変化すれば、その燃焼から変換される機械エネルギー、運動エネルギーが変化する。

熱機関における燃料の燃焼に関し、燃料や空気以外に電磁波およびそれにより発生するプラズマなどが影響することが知られている。また燃焼と電磁波の関連に関し、燃焼室内にアンテナを設置し電磁波を放射させること（たとえば、特許文献１、２、３）、混合気又は噴射燃料にマイクロウエーブを照射すること（たとえば、特許文献４）、内燃機関本体に変動する電気エネルギーを供給するもの（たとえば、特許文献５）、が知られている。

特開２００９−０３６１９７ 発明の名称：着火・化学反応促進・保炎装置、速度型内燃機関、及び、炉 特開２００９−２２１９４７ 発明の名称：複数放電のプラズマ装置 特開２００９−０３６０６８ 発明の名称：内燃機関の燃焼制御装置 特願１９９３−３９５８０ 発明の名称：内燃機関の燃焼装置 特願２０００−１４３０５７ 発明の名称：エンジンの燃焼促進装置

ところで、燃焼装置の一例である熱機関では、燃料の燃焼効率が同一であれば、その燃焼量に燃焼エネルギーが比例して増大し、燃焼効率が高ければ、必要な燃料の量を低減できる。換言すれば、燃焼効率が低ければ、高い燃焼効率の場合と同様のエネルギーを得ようとすれば燃料量が増加する。燃料の消費量が増加すれば、燃焼によって生じる一酸化炭素、炭化水素、窒素酸化物などの有害物質の排出量が増加し、環境の負荷が増加し、費用が増加するという課題がある。

燃料の燃焼に関し、ある特定波長の電磁波が共鳴現象や共振現象を燃焼活性化学種に起こさせ、燃焼の促進に寄与するとの知見がある。

そこで、本発明の第１の目的は上記課題に鑑み且つ上記知見に基づき、本発明の装置を内燃機関の近傍に隣接して設置し動作することにより燃料の燃焼を改善し、燃焼を促進させて燃焼から得られるエネルギーを増加させることにより燃料を節減し運転費用を軽減することができる装置を提示することにある。

本発明の第２の目的は前記目的を実現するために、対象となる内燃機関に改造改変をすることなく実施できる簡単な構造で安価な装置を提示することにある。

本発明の第３の目的は前記の目的を実現することによって本発明が広範囲に利用されることになり、現在の地球規模で問題とされている二酸化炭素の排出の量を大幅に減らすことである。

電気理論のシールド効果として知られている現象は、導電体で作成した閉空間の外部の電位はその内部に電位差を発生することはできないとされている。一方、マイクロ波などの高周波回路では、短い配線でも電位差が生じるため回路設計で配慮すべきこととされる。そこで、導電体の閉空間の外部に閉空間を挟むように設置した電極に、１／４波長が閉空間の壁面間の距離になるような交流電圧を加えれば、閉空間内の対向する壁面に十分な電圧が発生する可能性が考えられる。本発明はこのような高周波回路に伴う特有の現象を利用し前記課題を解決するための装置の構造を提示するものである。

本発明では前記閉空間を挟むように設置した電極の代わりに、熱機関のシリンダーなどの構造自体の外殻にその機能を担わせ、これに高周波の電磁波を照射することで燃焼室内部に電位を発生させ、燃焼する燃料に高周波エネルギーを与えるものである。具体的な構成は、熱機関の外部に隣接して設置した高周波の電磁エネルギー発生器と電磁エネルギーを放射供給するアンテナである。熱機関の燃焼室を構成する外殻の外部表面に照射された高周波電磁エネルギーは、燃焼室内部に高周波電圧を印加することになり、それにより燃料が活性され燃焼が改善される。

上記アンテナから放射する電磁エネルギーは好ましくは周波数が数百ＫＨｚ以上である。

ここで、燃料の活性化の効果をより大きなものとするため、前記高周波の電磁エネルギーの発生回路は、発生するエネルギー値が時間軸に対して変動する機能を備える。

電磁エネルギー発生器のエネルギー値が変動する周波数は好ましくは数百Ｈｚ以上である。

本発明によれば、熱機関に簡易な装置を設置するだけで次の効果が得られる。

内燃機関に対してアンテナにより照射された電磁エネルギーによって、燃料の燃焼を改善し燃焼を促進することができる。

燃焼の改善により燃料の燃焼から変換される運動エネルギーが高められ、燃料の運動エネルギーへの変換効率を向上させることができ、内燃機関の出力を増加することができ、同等の仕事をするための燃料費が節減される。

本発明の装置の主要な構造である電磁エネルギーの発生装置は、その発生する周波数が比較的低くかつ電力は微弱であり、広く知られている電子技術で容易に実現できるものであるため本発明の装置は安価に製造でき、本装置は少ない費用で設置できる。

本発明は燃料節減の対象である内燃機関本体については何ら改造や変更をする必要がなく、内燃機関に隣接して本装置を設置し動作することにより前記効果が得られるため、内燃機関の新設既設を問わず使用することができ、利用分野は極めて広範囲に及ぶ。

熱機関の燃焼効率が高められ、燃料消費量の低減を図ることができ、燃焼による環境負荷を軽減することができる。熱機関の主要排気物質である二酸化炭素はかねてより環境負荷が大きいものとされ、それらの削減は焦眉の課題とされるが、本発明は簡単な構造の装置で大きな効果を得られるため、それらの問題の解決に大きく貢献できる。

第１の実施の形態に係る燃焼促進装置である電磁エネルギー発生器の一例の内部構成を示す図である。 第１の実施の形態に係る燃焼装置と燃焼促進装置の構成の一例を示す図である。 第２の実施の形態に係る内燃機関を示す図である。

〔第１の実施の形態〕

図１は、第１の実施の形態に係る燃焼促進装置の内部構成の一例を示すものである。これは電磁エネルギー発生装置であり、発振回路１によって発生した電磁エネルギーは振幅制御回路２により、その出力するエネルギー値が時間軸に対して変動するものとなる。生成された電磁エネルギーは増幅回路３に入り、必要とするエネルギー値に達するように増幅が行われ、アンテナ４から電磁エネルギーＥとして燃料の節減対象である隣接する内燃機関に放射される。

図１に示す構成は一例であり、本発明で必要とする電磁エネルギーは時間とともに変動する高周波エネルギーであり、それを発生する回路構成であればよい。また図１では対象となる内燃機関に電磁エネルギーをアンテナで放射出力しているが導線で接続して出力してもよい。

図２は、第１の実施の形態に係る燃焼促進装置を備えた燃焼装置の一例を示している。この燃焼装置１−１には燃焼促進装置２−２および燃焼室５が含まれる。燃焼装置１−１は軽油などの燃料を燃焼させるたとえば、熱機関である。熱機関の近傍にアンテナ４を設置するがアンテナ４は燃焼室５の近くが望ましい。燃焼促進装置２−１はアンテナ４に近くが望ましい。

燃焼室５は燃料Ｆを燃焼させる空間部である。この燃焼室５には燃焼させるための燃料Ｆや空気ＢＡが供給される。空気ＢＡには燃焼に必要な酸素が含まれる。燃焼により生じた排気ＦＧは燃焼室５から排出される。この燃料Ｆにはたとえば、軽油が用いられる。燃料Ｆの燃焼には、燃焼に必要な空気が供給される。燃料Ｆに、ガソリンと空気との混合気を用いてもよい。

燃焼促進装置２−２は電磁波エネルギー発生器２−１と、それにより発生した電磁波エネルギーＥを燃焼室に放射供給するためのアンテナ４または電磁波エネルギーＥを直接供給する導線を備える。燃焼室の外部の外周面から供給した電磁波エネルギーＥは、燃焼室５内の燃料Ｆや燃焼中の燃料を活性化する。

尚、上記説明は本発明装置の，燃料の活性化についての記述であり、ガソリンを使う内燃機関では電磁波エネルギーＥの活性化により見かけのオクタン価が変わり、着火のタイミングずれて熱機関としての基本的動作に支障を生ずる。このような場合は電磁波エネルギーＥの発生と熱機関の着火を同期する仕組みが必要となる。このような同期の障害のない実例は、燃料の供給と着火が同時に行われる筒内直噴エンジンであり、たとえばディーゼル機関である。本発明は上記着火時期など各機関の基本動作に配慮した使い方をすれば、ジェットエンジン、ロケットエンジン等の内燃機関全般に有効である。

＜第１の実施の形態の効果＞
第１の実施の形態によれば次のような効果が得られる。
燃料Ｆの燃焼状態が改善され促進される。燃焼速度や燃焼熱が上昇する。これにより燃焼効率が高められ、同量の燃料から得られる出力が増加することにより燃料消費量の削減が行われる。
〔第２の実施の形態〕

図３は第２の実施の形態に係る熱機関の一例を示す図である。
これは前記、第１の実施の形態の具体例であり、熱エネルギーを機械的な運動エネルギーに変換する熱機関の簡単な実例であり本発明の実証装置の一例である。

鉄製のシリンダー６にその内部を滑らかに摺動しかつ密閉空間を形成する鉄製のピストン７を入れ、シリンダー６とピストン７との隙間は粘度の高い封止グリス８で気密にする。ピストン７には摺動可能な長さに比較して十分に細かな等間隔目盛りを刻み、後述する移動量をこの目盛りで読み取る。シリンダー６とピストン７によって形成した密閉空間に酸化剤を含めた燃焼性のある化学反応物質９を入れ化学反応物質９を急速に酸化反応させる。アンテナ４は電磁波エネルギー発生器からの電磁波エネルギーＥをシリンダー６に照射する。電磁シールド１０は外来の不要電磁波を遮蔽し、本発明装置の電磁波による効果の測定値ねつの信頼性を確保するためのものである。

化学反応物質９の反応による熱エネルギーはピストン７の運動エネルギーに変換され、ピストン７が移動することによって封止グリス８に熱エネルギーとして吸収される。熱エネルギーとして吸収するエネルギー量はシリンダー６とピストン７の移動する部分の面積に比例し。その面積はシリンダ７の移動量と相関関係がある。そのためピストン７の移動量から化学反応物質９が化学反応の結果生じる出力エネルギー値を知ることができる。この方法により本発明装置の有無による熱機関の出力値の差異を比較することができる。

＜第２の実施の形態の効果＞
図１の電磁エネルギー発生装置からの電磁エネルギーを図３のアンテナ４から放射しシリンダー６とピストン７から成る装置に作用させ、電磁波の照射の有無によるピストン７の移動量を比較した。結果は明らかな出力エネルギー値の差異が認められ、密閉されたシリンダー内に外部からの電磁波がきわめて効果的に影響することが確認できた。下記にその値を示す。
移動した目盛りの値 （何れも複数試験値の平均である）
本発明の装置を動作前 ０．６
本発明の装置を動作後 １．５
〔第３の実施の形態〕

第２の実施の形態の結果を受け、実際にディーゼル機関搭載の自動車での燃料節減の実証試験を行った。以下に燃料消費の比較値を示す。何れの値も複数回の平均値である。
試験車両 車両形式 ＫＱ−ＳＫＦ２Ｖ 排気量１９９０ｃｃ
走行行程 約７３Ｋｍ
試験路内訳 一般道路、平坦路、郊外と市街
試験結果 装置なし 約１３Ｋｍ／ｌ
装置あり 約２０Ｋｍ／ｌ

＜第３の実施の形態の効果＞
上記試験結果によれば、実際に稼働している内燃機関で５割以上の燃費改善効果が確認され、本発明の有効性が示された。

１−１ 燃焼装置
２−１ 電磁エネルギー発生器
２−２ 燃焼促進装置
１ 発振回路
２ 振幅制御回路
３ 増幅回路
４ アンテナ
５ 燃焼室
６ シリンダー
７ ピストン
８ 封止グリス
９ 化学反応物質
１０ 電磁シールド
Ｆ 燃料
ＢＡ 空気
ＦＧ 排気

Claims (4)

1. 内燃機関において、その近傍に隣接して高周波の電磁エネルギーを発生する装置とそのエネルギーを外部に放射するアンテナを設置し、それらからの電磁エネルギーを、内燃機関の燃焼室を形成する外殻外部周辺や表面に照射または供給することを特徴とする燃焼促進装置。
2. 請求項１において、内燃機関に放射する高周波の電磁エネルギーは、そのエネルギーの値が時間とともに変動することを特徴とする燃焼促進装置。
3. 請求項１において、内燃機関に放射する高周波の電磁エネルギーはその周波数が数百キロヘルツ以上であることを特徴とする燃焼促進装置。
4. 請求項２において、内燃機関に放射する高周波の電磁エネルギーの値が時間とともに変動する周波数は数百ヘルツ以上であることを特徴とする燃焼促進装置。

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