KR100326607B1 - 영구자석을이용한내연기관의연소효율증가장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 영구자석을 이용한 내연기관의 연소효율 증가장치에 관한 것으로 연료 휠터를 통과한 액체(가솔린, 경유 등), 액화 석유가스(LPG) 등의 연료입자를 강력한 자장으로 미세하게 분산하여 연소 효율을 높히는데 있어서 1차로 연료입자를 미세하게 분산하고, 2차로 분산된 연료입자를 재분산하여 연소 효율을 증가시켜 완전연소에 가까운 상태로 만들어 줌과 동시에 운전시 배기가스의 배출에 따른 매연을 방지하도록 하기 위한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 비자성체의 케이스에 큐리(Curie) 온도가 120℃ 이상인 영구자석을 구성하여 상기 케이스를 연료 호스 상에 설치하도록 된 것에 있어서, 비자성체의 케이스(1)(2)와, 상기 연료 호스(3)의 연료 인입측에 위치하는 케이스 일단에 6개가 등간격으로 고정되고, 연료 토출측에는 6개가 등간격으로 위치되게 고정된 영구자석(5)로 구성하여, 연료 인입측에는 고정된 영구자석의 자속 밀도가 2,200∼2,700가우스가 되게 하고 연료 토출측의 자속밀도는 2,600∼3,300가우스가 되도록하여 인입측 자속밀도를 토출측 자속밀도보다 작게 구성한것이다.

Description

영구자석을 이용한 내연기관의 연소효율 증가장치{Device for Improvement in the Combustion Efficiency of Internal Combustion Engine by using Permanent Magnet}

본 발명은 액체(가솔린, 경유 등), 액화 석유가스(LPG)를 연료로 하는 내연기관에서 완전연소에 가까운 상태로 만들어 주어 연소효율을 향상시킴과 동시에 운전시 배기가스의 배출에 따른 매연(smoke)을 방지하도록 하기 위하여 영구자석을 이용한 내연기관의 연소효율 증가장치에 관한 것으로써, 특히 운전시 공급되는 연료에 큰 자속 밀도를 부여할 수 있도록 한 것이다.

일반적으로 내연기관에서 펌프를 이용하여 액체연료에 압력을 가하여 분사시키면서 액체연료를 연소시키는 방법은 연료 내에 완전히 분해하기 힘든 불순물이 포함되어 있기 때문에 액체연료의 완전 연소를 기대하기는 어렵다. 특히, 액체연료 중 경유에 포함된 벤젠, 톨루엔, 실크렌, 페놀 따위의 혼합물은 펌프를 이용하여 강한 압력으로 분사시키더라도 완전히 분해되지 않아 연소시 불완전 연소되기 때문에 자동차의 초기 시동이 용이하지 않고, 엔진의 구동 시에도 소음이 크게 발생됨은 물론 주행시 엔진의 출력이 떨어지고, 이에 따라 연료의 소비량도 많다. 또한 운전에 따른 연료의 연소시 발생되는 배기가스에는 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 질소산화물(NO_x)등이 포함되어 대기 중으로 배출되는데, 상기 일산화탄소(CO)는 일산화탄소 중독의 원인이 될 수 있고, 탄화수소(HC) 및 질소산화물(NO_x)은 대기중에서 태양광선에 의해 광 화학반응을 일으켜 오존(O₃), 기타 산화성물질(O_x)을 형성함으로 인해 광 화학 스모그(smog)현상을 일으키게 되며, 또 인체의 점막을 침해하여 피부 질환을 유발시킴은 물론 식물의 성장에 악영향을 일으키게 되는 문제점이 있다.

본 발명은, 상기한 문제점을 해결하기 위해 연료의 공급 라인(호스)상에 영구자석을 설치하여 연료의 연소 효율이 증가되도록 한 것으로, 큐리(Curie)온도가 120℃ 이상인 영구자석을 사용하면 엔진룸 내부 온도가 70∼95℃가 되어도 자속 밀도가 떨어지지 않고 일정하게 유지되어 액체 및 액화 석유가스 연료와 산소의 결합을 촉진시켜 완전 연소에 가까운 상태로 만들어 주고, 매연의 발생량을 줄여 대기 오염 물질의 배출을 줄일 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 형태에 따르면, 비자성체의 케이스에 큐리(Curie)온도가 120℃ 이상인 영구자석을 구성하여 상기 케이스를 연료 호스상에 설치하도록 된 것에 있어서, 비자성체의 케이스와, 상기 연료 호스의 연료 인입측에는 자속 밀도가 2,200∼2,700가우스가 되도록 영구자석 6개가 등간격으로 구성되고, 연료 토출 측에는 자속 밀도가 2,600∼3,300가우스가 되도록 영구자석 6개가 등간격으로 구성된다.

이하, 본 발명을 일 실시예로 도시한 첨부된 도면 제 1 도 내지 제 3 도를 참고로 하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부도면 제 1 도는 본 발명을 나타낸 분해 사시도이고, 제 2 도는 제 1 도의 결합상태 사시도이며, 제 3 도는 본 발명의 설치상태를 나타낸 종단면도이다.

채워진 전자각을 가진 원자에서 그 원자핵의 한 쪽에 다른 쪽보다 조금 많은 전자가 놓이게 되면 전자 전하분포가 비대칭을 이루게 됨에 따라 양 극(dipole)이 형성되므로 인접된 다른 원자에 영향을 주어 옆의 원자들도 연쇄적으로 두 극을 형성하게 된다. 그런데 상기 두 극은 편향을 야기하는 것처럼 보이는 자기적 및 전기적 힘에 영향을 받을 수 있다. 탄화수소 연료의 간단한 형태는 펜탄(C₅H₁₂)으로, 수소는 새장같은 구조를 가지고 있고 다른 원소와 연결되는 경향이 있으나, 다른 화합물을 형성하지는 않고 순간적으로 가(假)화합물을 형성한다. 상기 가화합물이 전기장과 자기장의 영향을 받을 때 더 좋은 연소가 일어나게 하는 산소와의 결합(interlocking)이 촉진되는데, 본 발명은 상기한 바와 같은 현상을 이용한 것이다.

본 발명은 분할형성된 비자성체의 케이스(1)(2)에 영구자석(5)을 내장하여 연료호스(3) 직경의 크기에 따라서 자속밀도를 다르게 하였다. 직경 12mm와 14mm의 연료호스(3)에는 연료인입측에 2,200∼2,600가우스 연료토출측에 2,600∼3,000가우스가 되게하고, 직경 18mm의 연료호스(3)에는 연료인입측에 2,300∼2,700가우스 연료토출측에 2,800∼3,200가우스가 되게하였으며, 직경 23mm와 25mm의 연료호스(3)에는 연료인 입측에 2,300∼2,900가우스 연료토출측에 2,900∼3,300가우스가 되게하였다. 연료호스(3)의 직경이 커짐에 따라서 영구자석(5)을 중첩하여 자속밀도를 증가시켰는데, 그 이유는 연료호스(3)가 커짐에 따라 연료량이 많이 흐르기 때문에 많은 연료를 이온화하기 위해서는 보다 큰 자속밀도가 필요하기 때문이다. 비자성체 케이스(1)(2) 양단의 내부에는 각각 6개의 영구자석(5)을 N극과 S극으로 다른 극끼리 대항하여 구성하는 것은 극과의 반발력을 없게하여 영구자석(5)의 수명이 길게 하여 거의 동일한 효과를 유지하기 위함이며 영구자석(5)을 케이스(1)(2)에 동간격으로 내장구성하고 연료호스(3)의 직경이 커짐에 따라 영구자석(5)의 자속밀도를 증가시켜 인입측의 영구자석(5)의 자속밀도가 토출측의 자속밀도보다 낮게 구성하는 것은 연료호스(3) 내의 연료를 1차로 이온화하고 1차로 이온화된 연료를 2차로 이온화하여 연소효율을 극대화 하기 위함이며 연료호스(3)상에 케이스(1)(2)를 장착할 때 디젤차량은 연료분사펌프에서부터 연료호스(3)를 따라서 연료휠터 쪽으로 가솔린차량은 연료공급파이프에서부터 연료호스(3)를 따라서 연료휠터쪽으로 LPG차량은 인젝터나 스로틀바디에서부터 연료호스(3)를 따라서 기화기쪽으로 일정거리를 유지하여 설치하는 것은 엔진의 고열에 의해 영구자석(5)의 자속밀도가 떨어지는 것을 방지 하기위함이며 연료호스(3)의 직경의 크기에 따라 영구자석(5)의 자속밀도가 증가되는 것은 연료호스(3)의 직경이 커짐에 따라서 연료호스(3) 내에 흐르는 연료량이 증가하므로 이와같이 증가한 연료를 일정하게 이온화하기 위해서는 연료호스(3)가 커짐에 따라 자속밀도가 증가되어야 하기 때문이다.

각종차량의 엔진구조상 가솔린차량인 경우는 연료호스(3)상에 케이스(1)(2)를 장착하는 거리는 연료휠터에서 연료공급파이프로 들어가는 연료호스(3)와 연료공급파이프가 연결 된곳 에서부터 연료호스(3)를 따라서 연료휠터쪽으로 연료호스(3)에 23 ∼ 29cm이고 디젤차량인 경우는 연료필터 에서 연료분사펌프로 들어가는 연료호스(3)와 연료분사펌프가 연결된곳 에서부터 연료호스(3)를 따라서 장착하는 거리는 연료휠터쪽 으로 15 ∼ 25cm이고 LPG차량인 경우는 기화기에서 인젝터나 스로틀바디로 들어가는 2가지의 차종이 있는데 기화기에서 인젝터나 스로틀바디로 들어가는 연료호스(3)가 연결되어진곳 에서부터 연료호스(3)를 따라서 기화기 쪽으로 27 ∼ 33cm되는곳에 장치를 장착하는 것이 효과를 지속적으로 유지시켜서 수명을 연장시켜 사용할 수 있다. 영구자석(5)의 자속밀도가 3,000가우스 이상의 자속 밀도를 얻기 위해서는 자석을 여러개 중첩하여 사용한다. 이와 같이 영구자석을 중첩시키는 것은 자속밀도를 증가시키기 위함이다.

연료휠터를 통과한 연료입자를 이온화하여 미세하게 분산하여 연료 연소효율을 증가시키기위해 케이스(1)(2) 내부에는 1차로 6개의 영구자석(5)이 고정된 인입측으로 통과시키고, 2차로 6개의 영구자석(5)이 고정된 토출측으로 통과시켜 연소실로 공급되도록 한다. 이 때 영구자석(5)의 극은 연료호스(3)측과 바깥측에 N극 혹은 S극이 되도록 배열하였으며, 어떤 영구자석(5)은 연료호스(3)측이 N극이 되도록 하고 다른 자속은 S극이 되도록 배열하여도 연료효율 증가 장치의 효과는 비슷하게 나타나므로 특별히 한정하지 않는다.

이와 같이 내연기관의 운전시 영구자석(5)이 고정된 케이스(1)(2)를 연료호스(3)상에 설치할 때는 밴드 또는 클램프(4)로 고정설치한다.

본 발명의 일 실시예에서는 케이스(1)(2)를 연료호스(3)상에 밴드 또는 클램프(4)로 고정하도록 설명하였으나, 반드시 이에 한정하지 않는다. 이는 다른 실시예로서 케이스(1)(2)를 연료호스(3)와 일체로 형성되게 연료호스(3)를 구성할 수도 있기 때문이다.

큐리(Curie) 온도가 120℃ 이상인 영구자석(5)을 사용한 것은, 내연기관의 운전시 엔진룸의 온도가 70∼95℃까지 상승하여 영구자석(5)의 자속 밀도가 저하될 수 있는데, 이를 방지하기 위함이며, 엔진의 연소장치에서 일정 거리를 두어 케이스(1)(2)를 설치함으로써 엔진의 고열에 의한 자속 밀도의 감소를 최대한 방지하려 하였다. 본 발명품을 장착 후 실험 결과는, 디젤 차량 12만 km, 가솔린 차량 25만km, LPG 차량 25만km 주행 시까지 영구자석(5)의 자속 밀도가 유지되어 연소효율 증가 효과도 지속되었다.

이와 같이 구성된 본 발명을 실시예에 따라 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 각종 차량의 연료호스(3)상에 본 발명의 장치를 밴드 또는 클램프(4)로 고정한 후 엔진시동 5분 정도 지나 가속기 페달의 유격이 적어지며약6,000km까지 주행하였던 바, 내연기관의 부품(특히 배기밸브) 또는 배기통내에 퇴적된 이물질이 완전히 제거된 후부터 연료 절감효과가 나타났다. 즉, 가솔린 차량의 경우 공장에서 출고된 차량은 내연기관의 부품 및 배기통내에 퇴적된 이물질이 그다지 많지 않아 본 발명의 장치를 부착한 후 약6,000km미만의 주행거리에서 연료 절감효과가 나타났다.

그러나 10만km 정도 주행한 노후된 차량은 장거리를 운행하였음에 따라 내연기관의 부품 및 배기통내에 퇴적된 이물질이 많아 퇴적된 이물질이 제거되는데 많은 시간을 필요로 하여 약6,000km정도 주행때까지 성능이 향상되어 연료 절감효과가 나타나기 시작하여 차량에 따라 폐차때까지 그 효과가 지속적으로 유지되어 장치를 타차량에 이착도 할수 있다. 경유 차량의 경우는 차의 운행정도에 관계없이 운전시 많은 매연 발생에 따라 퇴적되는 이물질 또한 많아 주행거리가 적은 차량이나 10만∼30만km 정도 주행한 노후된 차량 모두 퇴적된 이물질이 제거되는 1,000∼6,000km 정도 주행 후부터 연료 절감효과가 나타나기 시작하여 6,000km 주행할 때까지 그 효과가 지속적으로 향상유지되었다. LPG차량의 경우 25만 km 정도 주행한 노후된 차량은 가솔린 차량과 마찬가지로 1,500km 정도 주행한 후부터 연료 절감효과가 나타났다.

주행에 따른 연료 절감정도는 장거리 운행시 가솔린 차량은 25∼50% 정도였고, 경유 차량은 13∼30% 정도였으며, LPG 차량은 25%정도였는데, 가솔린 차량의 경우 엔진의 성능에 맞는 옥타가의 가솔린을 사용시 가장 큰 연료 절감효과를 보았다. 시내 주행시 연료 절감 효과는, 차량 소통이 원할하냐 정체되는냐에 따라 그변화가 심하게 나타나 정확한 측정이 어려웠다.

디젤차량에 본 발명의 장치를 장착한 후 엔진을 저속 및 고속으로 구동하였을 때에는 본 발명을 장착하지 않았을 때보다 더 진한 흑색의 배기가스가 배출되기 시작하여 약 20분 후 배기가스의 색깔이 흰색으로 변화되다가 담청색으로 변화됨을 관찰할 수 있었다. 그 이유는 부품 및 배기통내에 퇴적되어 있던 이물질들이 제거되어 함께 배출되기 때문이다. 매연은 가솔린 차량, 경유 차량, LPG 차량 모두에서 감소되었는데, 그 결과는 일산화탄소, 탄화수소 테스터와 디젤 매연(smoke)테스터에 의해 측정되었다.

이는, 4년에서 8년까지 50만km에서 90만km까지 주행한 대형트럭과 버스에 본 발명의 장치를 장착한 후 일정거리 주행 후 고속 주행중 엔진브레이크 사용시 엔진브레이크 사용 여부를 뒷차가 모를 정도로 매연이 감소되었고, 본 발명의 장치를 장착한 가솔린차량에서는, 본 발명의 장치를 제거하고 5분 동안 엔진을 공회전시킨 다음 매연의 배출량을 측정하여 보았더니 그 양이 상승되었음이 자동차 정비공장에서 실시한 매연측정 결과 나타났다. 그 이유는 공급되는 연료를 자화시키지 않음에 따라 불순물이 제거되지 않음은 물론 5분간 공회전시 발생된 매연이 부품 및 배기통 등에 퇴적되어 함께 배출되기 때문이다. 한편, 8년된 노후된 소형 승용차도 본 발명의 장치를 장착한 다음 매연 배출량을 측정하여 보았더니 매연 배출량이 기준치(1988년 이후 차량의 매연 기준치는 1.2)이하로 떨어짐이 시험을 통해 확인되었다.

액체, 액화 석유가스를 사용하는 가솔린 차량, 경유 차량, LPG 차량 모두에서 엔진출력이 일정거리 주행 후 증가되는 것을 관찰할 수 있었으며, 평소 변속기 3단 기어 상태에서 올라가던 언덕길을 본 발명의 장치를 장착한 후에는 엔진출력의 증대로 인해 4단기어 상태에서 올라갈 수 있었다. 또한, 노후된 소형 차량인 경우 에어컨을 켠 상태에서 출발하면 시동이 꺼졌으나, 본 발명의 장치를 장착한 후에는 에어컨을 켜고 출발하여도 시동이 꺼지지 않았음은 물론 정지 중에 에어컨을 켜도 엔진의 회전속도가 거의 감소되지 않았고 수동 변속기 자동차에서 노킹현상도 현저히 줄어들었으며, 가속기 페달을 밟는 감각이 힘있게 느껴졌다. 평소 가속페달을 덜 밟아도 같은 속도가 나 연료절감이 되었으며, 같은 엔진 회전수에서도 본 발명품을 장착한 경우 속도가 향상되어 엔진 수명 연장의 효과를 가져오게 되고 소음도 감소 되었다.

이에 따라 수입에 의존하는 연료 절감으로 인해 외화의 소비를 줄이게 되었음은 물론 엔진의 수명을 연장시킬 수 있게 된다. 또한, 매연 감소와 소음감소로 인해 자동차의 수출에 있어서 국제경쟁력을 높이고 대기환경을 보호하므로서 국민 건강증진에 기여하게 되는 등의 효과를 얻게 된다.

제 1 도는 본 발명을 나타낸 분해사시도

제 2 도는 제 1 도의 결합상태 사시도

제 3 도는 본 발명의 설치상태를 나타낸 종단면도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1, 2 : 케이스 3 : 연료호스 4 : 밴드 또는 클램프 5 : 영구자석

Claims (2)

1. 비자성체의 케이스 (1)(2)에 영구자석(5)을 내장하여 상기케이스(1)(2)를 연료호스(3)상에 설치하도록 된 것에 있어서, 케이스(1)(2)를 연료호스(3)의 직경에 따라서 12mm 와 14mm는 연료인입측에 2,200∼2,600가우스, 연료토출측에 2,600∼3,000가우스가 되도록 연료인입측 및 연료토출측에 각각 6개의 영구자석을 등간격으로 설치하고, 직경 18mm의 연료호스(3)에는 연료인입측에 2,300∼2,700가우스, 연료토출측에 2,800∼3,200가우스가 되게하며, 직경 23mm와 25mm의 연료호스(3)에는 연료인입측에 2,300∼2,900가우스, 연료토출측에 2,900∼3,300가우스가 되도록 연료인입측 및 연료토출측에 각각 6개의 영구자석을 등간격으로 설치하되 영구자석(5)을 중첩하여 자속밀도를 증가시키는 것을 특징으로 하는 영구자석을 이용한 내연기관의 연소효율 증가장치
2. 제1항에 있어서 케이스(1)(2)는 연료호스(3)와 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 영구자석을 이용한 내연기관의 연소효율 증가장치