KR20030007641A - 연료 절감 장치 및 내연 기관용 연료 시스템 - Google Patents

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KR20030007641A
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제프리 알랜 뮬러
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제프리 알랜 뮬러
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Abstract

대향된 극의 다수의 자석이 장착되는 지지체를 포함하는 본 발명의 연료 절감 장치는 다수의 실시예로 제공되고, 상기 지지체는 연료 절감 장치를 연소 엔진의 연료 시스템에 개재하여 연료를 절감하고 또 방출물을 감소시키는 것을 가능하게 한다.

Description

연료 절감 장치 및 내연 기관용 연료 시스템{DEVICE FOR SAVING FUEL AND REDUCING EMISSIONS}
본 발명은 내연 기관, 예컨대 보통 흡기 엔진(aspirated engine) 및 연료 분사기를 갖는 엔진에 사용하기 위한 연료 절감 및 방출물 감소 장치와 특별한 관련이 있지만, 그것에 한정되지는 않는다. 따라서, 본 발명은 이러한 예시적인 적용에 관하여 기술하는 것이 편리할 것이다.
그러나, 본 발명은 폭 넓은 적용이 가능하다는 것을 명확히 이해하여야 한다.
예컨대, 본 발명은 자동차 엔진에만 적용되는 것이 아니라 어떠한 연소 기관에도 적용할 수 있다.
액체 연료의 불완전 연소는 엔진 작동 비용을 증가시킨다. 미 연소된 연료, 예컨대 탄화수소는 배기 장치를 통해 대기 중에 방출되고 일반적으로 대기에 유해하다.
대기 중에 방출되는 가스 중 일부는 일산화탄소, 각종 산화 질소, 및 미 연소된 탄화수소를 함유하고 있다.
따라서, 당연히 연료 소비를 감소시켜 자동차의 작동 비용을 낮출 뿐만아니라 대기중에 방출되는 오염물질을 감소시키도록 작동하는 장치가 기술 분야의 중요한 향상이 될 것이며 일반적으로 사회에 가장 바람직할 것이다.
발명의 요약
본 발명의 일 특징에 따라, 엔진에 도입되기 전에 엔진을 활성화시키도록 사용되는 공기 중에서 연료 액적(fuel droplets)의 혼합물에 자력을 가하기 위한 자석 수단을 포함하며, 이 자석 수단이 연료/공기 혼합 수단과 엔진에 이르는 매니폴드 사이에 배치되는, 연료 절감 장치가 제공된다.
따라서, 자석 수단은 액적 수단에 힘을 가하여 액적의 사이즈를 감소시킴으로써, 보다 완전한 연소에 이르게 하고 오염물질을 적게 한다.
소정 사이즈 이상의 큰 액적은 불완전 연소의 여지가 있다.
전형적으로, 이러한 장치가 적용되는 엔진은 보통 흡입 기관, 예컨대 휘발유 내연기관이며, 이 장치는 카뷰레터와 실린더에 이르는 공통 입구 매니폴드 사이에 배치된다.
변형예로, 엔진은 연료 분사기를 구비할 수도 있고, 상기 장치는 연료 분사기의 상류에 위치한다.
일 실시형태에 있어서, 상기 장치는 연료 레일과 결합될 수도 있다. 다른 실시형태에 있어서, 상기 장치는 연료 레일과 분사기 사이에 배치될 수도 있다.
이 장치는 연료 배관의 잔여부와 직렬로 결합되는 연료 및 공기 혼합물의 통로를 한정하는 지지체, 예컨대 스페이서를 포함할 수도 있다.
전형적으로, 자석 장치는 다수의 자석, 예컨대 지지체상에 장착된 영구 자석을 포함한다.
바람직한 실시형태에 있어서, 자석의 극이 서로 반대로 된 상태로 지지체상에 장착된 짝수의 자석이 존재한다.
바람직하게는, 상기 장치는 인접한 자석의 극이 서로 반대로 되어 있는 적어도 4개의 자석을 구비한다.
바람직한 실시형태에서, 자석의 N/S 축은 장치를 통해 연료/공기 통로의 방향으로 폭넓게 배열된다. 즉, 자석의 축은 종방향으로 배열된다.
그러나, 어떤 실시예에서는 자석의 N/S 축이 지지체를 통해서 연료/공기 통로를 횡단할 수도 있다는 점에 유념해야 한다.
바람직하게는, 자석은 연료/공기 통로의 원주 둘레에서 서로 이격 배치될 수도 있다.
그러나, 자석이 서로 축방향으로, 즉 연료/공기 통로의 방향으로 이격 배치될 수도 있다는 점도 유념해야 한다.
자석은 강력 자석, 예컨대 희토류 자석인 것이 유리하다.
자석은 네오디뮴 강철 붕소 자석인 것이 바람직하며, 특정 등급의 이러한 자석인 것이 보다 바람직하다.
상술한 희토류 자석은 고강도의 자계를 형성한다. 이것은 연료 액적이 장치를 통과함에 따라 연료 액적에 가해지는 자력을 향상시킨다. 이것은 액적이 장치를 통과함에 따라 액적의 분산 또는 사이즈 감소를 향상시킨다.
네오디뮴 강철 붕소 자석이 특히 바람직하지만, 본 발명자는 효과적인 결과를 발생시키지 않더라도 다른 자석, 예컨대 AlNiCo 자석도 사용할 수 있다고 생각한다.
물론, 자석의 사이즈는 연료/공기 통로에서 발생되는 자계의 강도에 영향을 미칠 것이다. 한가지 특정 형태에서, 각 자석은 20-50㎜ x 20-50㎜ 범위의 단면 표면적을 갖는다. 이것은 22㎜ 내지 40㎜의 직경, 바람직하게는 약 25㎜ 또는 38㎜의 직경을 갖는 연료/공기 통로에 적절한 자계를 발생시키기에 충분할 것이다. 자석의 깊이 또는 두께는 전형적으로는 10-30㎜ 이지만, 실제의 깊이는 자석을 수용하는 스페이서의 두께의 영향을 받을 것이다. 그러나, 자석의 사이즈는 변경될 수도 있다는 것을 이해할 것이다.
본 발명의 다른 특징에 따라, 중앙의 개구를 갖는 지지체와, 상기 지지체와 결합되고 상기 개구의 원주 둘레에 배치되며 개구를 가로질러 연속 자계를 제공하는 다수의 방사상으로 이격 배치된 자석을 포함하는 연료 절감 장치가 제공된다.
상기 지지체는 디스크 형상일 수 있고, 그리고 내연기관의 배관의 연소실에 이르는 연료/공기 배관 내에 지지체의 고정을 용이하게 하도록 다수의 구멍을 그 내부에 구비하고 있다.
적절한 지지체는 그 지지체의 상부 및 하부면을 거쳐 자석을 이동하지 않도록 고정시키는 상부 및 하부 커버 플레이트를 구비할 수 있다.
자석은 상보적 형상의 키 홈에 의해 지지체에 고정될 수 있다.
자석의 극이 서로 반대로 된 상태로 짝수의 자석이 제공될 수 있다.
이 장치는 지지체 내의 원형 개구의 원주 둘레에 실질적으로 등거리로 이격된 4개의 자석을 구비할 수 있고, 상기 4개의 자석은 서로 약 90°이격 배치된다.
이 장치는 지지체 내에 실질적으로 타원형 개구의 원주 둘레에 실질적으로 등거리로 이격된 6개의 자석을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따라, 단일 또는 이중 스로트 카뷰레터와, 이 카뷰레터와 엔진의 연소실 입구 사이에 배치된 전술한 연료 절감 장치를 포함하는 내연 기관용 연료 절감 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 측면에 따라, 단일 또는 이중 스로트 카뷰레터와, 이 카뷰레터와 엔진의 연소실의 공통 입구 사이에 배치된 전술한 연료 절감 장치를 포함하는 내연기관용 연료 시스템이 제공된다.
본 발명의 다른 측면에 따라, 단일 또는 멀티포트 연료 분사 시스템과, 이 연료 분사 연료 레일과 분사기 사이에 배치된 전술한 적어도 하나의 연료 절감 장치를 포함하는 내연기관용 연료 시스템이 제공된다.
본 발명의 다른 측면에 따라, 엔진의 연소실의 입구에 장착된 전술한 연료 절감 장치를 포함하는 내연기관용 연료 시스템이 제공된다.
본 발명에 따른 연료 절감 및 방출물 감소 장치는 자체적으로 다양한 형태로나타날 수도 있다. 이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 몇몇의 바라직한 실시예를 상세히 설명하는 것이 편리할 것이다. 이러한 상세한 설명을 제공하는 목적은, 본 발명의 주제에 관심을 갖는 사람이 본 발명을 실제로 실행하는 것을 가능하게 하도록 하기 위해서이다. 이러한 설명의 특성은 상술한 진술의 보편성을 저해하지 않는다는 것을 명확히 이해하여야 한다.
본 발명은 내연 기관의 연료를 절감하고 또 대기중으로의 방출물, 예컨대 기상 방출물을 감소시키는 장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 장치의 사시도,
도 2는 도 1의 장치의 평면도,
도 3은 도 1의 장치에서 자석의 N-S 방위를 도시하는 개략도,
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 장치의 평면도,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 장치의 평면도,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 장치의 평면도,
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 장치의 사시도,
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 장치의 개략 평면도,
도 9는 도 10의 장치의 변형의 개략 평면도,
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 장치의 개략 평면도,
도 11 내지 도 13은 전형적인 자동차 엔진 연료 시스템 내의 본 발명의 장치의 설치 장소의 일예를 도시하는 도면.
도 1 내지 도 3에서, 참조 부호(1)은 대체로 본 발명에 따른 연료 절감 및 배기가스 제어장치를 나타낸다.
대략적으로, 상기 장치(1)는 그를 통해 연료/공기 통로(3)를 한정하는 평탄한 직사각형 블록 형태의 지지체(2)를 포함한다.
다수의 영구 자석(4)이 통로(3)의 원주 둘레에 배열되어 있다.
도 1은 명확하게 하기 위해 자석이 끼워지거나 삽입되지 않은 요부 또는 구멍을 도시하고 있다.
각 자석은 네오디뮴 강철 붕소 자석이다. 이들은 최근에 개발된 고 강력 영구 자석이다.
이들 자석의 내역은 앞서 언급한 오스테리일리아계 공급자로부터 구입 가능하다.
자석(4)의 N-S 극의 배치는 도 3에 도시되어 있다.
극의 축들은 대체로 연료/공기 통로의 방향으로 배열된다.
인접한 자석은 도면에 도시된 바와 같이 대향된 N-S 방위를 갖는다.
사용시에, 지지체(2)는 내연기관의 카뷰레터 및 공통 입구 매니폴드와 직렬로 접속되어, 연료와 공기의 혼합물이 그 내부의 통로(3)를 통과하도록 한다.
이것에 의해, 카뷰레터로부터 매니폴드로 통과하는 연료 액적이 자석의 자계에 노출되어 액적의 사이즈가 감소된다.
이로서, 연료가 실린더에 유입될 때 보다 완전한 연소로 이르게 되어, 연료소비가 저하되고 배기 가스의 오염물질이 감소된다.
이론적으로 한정됨이 없이, 본 발명자는 다수의 자석의 자계가 연료 액적에 인가하는 자계가 액적의 사이즈를 실질적으로 감소시키는 작용을 한다고 생각한다.
본 출원인은 강력한 자계가 액적의 사이즈를 감소시키고 그리고 액적의 사이즈가 3 미크론의 직경까지 감소될 수도 있다고 생각한다.
그 결과, 연료 액적은 공기와 접촉하는 표면적이 실질적으로 커지고, 그리고 실린더 내의 후속 연소 반응은 보다 완전하고 보다 효과적으로 된다.
전체의 탄화수소가 산소와 반응하는 경우가 완전 연소에 가깝게 된다.
본 발명자가 실행한 실험 결과에 의하면, 장치가 실린더에 유입되는 연료의 큰 액적의 수를 실질적으로 감소시킨다.
실험 결과, 장치를 사용함으로써 연료 소비가 감소되는 것도 나타났다.
또한, 실험 결과, 어떤 형태의 장치는 CO, CO2및 NOx방출 레벨을 실질적으로 감소시키는 것으로 나타났다.
연료 소비의 절감이 강조되지만, 방출물의 감소도 현저하고 또 종요하다.
본 발명자는 4기통 휘발유 엔진에서 본 발명에 따른 바람직한 장치로 63%까지의 연료 절감을 달성하였다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 장치를 도시한 것이다.
이 장치의 구조 및 기능은 도 3의 장치와 매우 유사하며, 다른 방법으로 나타내지 않는 한 동일한 참조 번호를 사용하여 동일한 구성요소를 나타낸다.
이 장치는 트윈 스로트 카뷰레터(twin throat carburettor)를 갖는 장치에 사용된다. 이것은 도 1의 실시예보다 단면 표면적이 실질적으로 큰 기다란 타원형 통로를 구비하는 이유를 설명한다.
이 장치와 도 1의 장치간의 다른 구조상의 차이점은 통로의 원주 둘레에 배열된 6개의 자석이다.
이것은 도 1의 장치의 4개의 자석에 비교할만한 큰 단면 표면적의 통로를 가로질러 자계를 제공한다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 장치를 도시한 것이다.
이러한 배열에서, 자석(4)(적층될 수도 있음)은 실질적으로 C자 형상으로 되어 있다.
도 1 내지 도 5에 도시된 장치의 경우에, 각종 형상의 고정 구멍(2a)이 여러 여러 위치에서 지지체(2)에 제공될 수 있다.
상부 및 하부 커버 플레이트(도시 안됨)를 설치하여 지지체(2)의 상부면 및 하부면을 거쳐 자석을 이동하지 않도록 고정시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 도 다른 실시예에 따른 장치를 도시한 것이다. 이 장치는 앞서 설명한 실시예들과는 약간의 기본 구조상의 차이가 있다.
상세하게는, 자석(4)은 그의 N-S 축이 연료/공기 통로(3)를 횡단하도록 배열된다. 앞선 실시예에서, N-S 축은 연료/공기 통로에 평행하게 배치되었다. 본질적으로, 다수의 자석(4)이 인접한 자석 사이에 좁은 간격을 두고 통로의 전체의 원주 둘레에 배열된다.
도시된 장치에는, 6개의 자석(4)이 지지체(1)의 원주 둘레에 이격 배치되어 있다.
인접한 자석의 극은 대향되어 있다. 즉, 하나의 자석의 N 극이 인접한 자석의 S 극에 인접하게 배치된다.
이러한 패턴은 흐름 통로(3)의 원두 둘레에서 연속되어 있다.
본 실시예에서는 6개의 자석이 도시되어 있지만, 이러한 정확한 수는 중요하지 않다.
본 실시예의 다른 특징은 연료/공기 통로에 하나의 자석(4) 층만이 존재한다는 것이다.
도 7은 도 6의 실시예와 유사한 다른 실시예를 도시한 것이다.
도 6과 도 7의 실시예간의 중요한 차이점은 서로 종방향으로 이격된 다수의 자석(4) 층을 구비한 것이다.
각 자석 층은 다수의 자석, 예컨대 앞선 실시예에서와 같이 서로 상대적으로 배열된 2개의 자석(4)을 포함한다.
이 자석은 예컨대, 내부에 홈(6)이 형성된 동, 알루미늄, 강 또는 다른 재료로 제조된 슬리브(5)의 내부에 수용된다. 그 다음, 슬리브(5)는 연료 배관과 직렬로 장착된 하우징(도시 안됨) 내로 통과한다.
전형적으로, 하우징은 인접한 부품에 부착하기 위한 플랜지 말단(도시 안됨)을 구비한다. 슬리브(5) 및 자석(4)은 작은 간극을 두고 하우징 내에 수용되는 사이즈로 되어 있다.
도 8 내지 도 10은 카뷰레터 시스템과는 다른 연료 분사 시스템에 사용하기 위한 연료 절감 장치를 도시한 것이다.
도 8은 중심점 분사 시스템상에 장착된 장치를 도시한 것이다. 보다 상세하게는, 이 장치는 연료 분사 연료 레일과 분사기 사이에 끼워진다.
이 장치는 전형적으로 각 분사기마다 설치될 것이다.
연료 절감 장치는 도면에 개략적으로만 도시되어 있다.
그러나, 그 장치의 구조 및 기능은 도 1 내지 도 6 중 어느 하나를 참조하여 앞서 설명한 것과 유사하다.
도 9는 분사기 연료 레일 내에 통합된 장치를 도시한 것이다.
이 장치는 도면에 도시된 바와 같이 연료 레일의 원두 둘레에 이격 배치된 다수의 자석(4)을 포함한다.
이 실시예에 의하면, 하나의 장치가 전체의 분사기를 다룬다. 도 8과 대조적으로, 각 분사기마다 별도의 장치가 설치된다.
도 10은 예컨대, 입구에 인접한 실린더의 헤드에 장착된 연료 절감 장치를 도시한 것이다.
이 연료 절감 장치는 연료 절감 및 방출물 감소 효과를 달성하도록 실린더의 각각에 장착될 것이다.
도시된 장치는 6개의 자석을 구비하지만, 이 수는 중요하지 않다. 장치는 2개 또는 4개의 자석을 구비할 수도 있다.
장치를 헤드에 끼우는 경우, 이 장치는 정방형 또는 원형 자석을 수용하는원형 또는 정방형 지지체에 끼워질 수도 있고, 그리고 이 지지체는 연료 분사기 밸브를 수용하고 고정시키기 위한 내부 나사 장착물을 제공할 수도 있다. 변형예로, 엔진을 제작할 때 유사한 설비를 헤드 실린더 내에 조립할 수도 있다.
도 11 내지 도 13은 본 발명의 장치의 특정 설치 위치를 나타낸다.
도 11에서, 상기 장치는 분사기(7)에 인접한 연소실의 개구 및/또는 분사기(7)에 선행하는 공기 배관(8) 내의 위치(X)위치에서 전자 장치에 삽입될 수 있다.
도 12의 전형적인 기계식 분사 시스템에서, 상기 장치는 분사기(7)의 양측의 장소(X)에 위치될 수 있다.
4기통 엔진의 전형적인 입구 매니폴드(9)를 도시한 도 13에서, 상기 장치는 카뷰레티(10)와 매니폴드(11)의 공통 입구 사이의 장소(X)에 개재될 수 있다.
본 발명자는 본 발명의 연료 절감 및 방출물 감소 장치가 매우 효과적이라는 것을 발견하였다.
본 발명의 장치의 특별한 이점은 구조가 비교적 간단하고, 제조하기가 용이하고 그리고 기존의 자동차에 개조하여 설치될 수 있다는 것이다.
본 발명의 장치는 카뷰레터 및 중심점 분사 시스템에 가장 효과적이지만, 연료 분사 시스템과 같은 다른 시스템에도 적용된다.
본 발명의 장치는, 예컨대 검은 매연을 포함하는 방출물을 감소시키고자 하는 경우 디젤 엔진의 배기장치에 사용될 수 있다.
이하에서, 본 발명의 장치를 연료 시스템에 설치한 경우와 설치하지 않은 경우의 방출물의 레벨을 나타내는 연소 기관에서의 최근의 시험으로부터 비교 방출물 레벨의 전형적인 예를 나타낸다.
레벨RPM %
CO8401.2
CO2저온 엔진8403.2
O2장치를 설치하지 않음84013.8
HC840200PPM
CO 고온 엔진8602.3
CO2장치를 설치하지 않음8603
O286013.8
HC860200PPM
CO7800.1
CO2따뜻한 엔진7803.4
O2장치를 설치함78015
HC78080PPM
CO14400.1
CO214403.9
O2144014
HC144040PPM
CO14300.1
CO214304.1
O2143014
HC143020PPM
CO14100.1
CO214104
O2141014
HC141020PPM
CO8900
CO28900.4
O289020.1
HC89060PPM
CO8900
CO28900.3
O289020.2
HC89060PPM
CO8900
CO28900.8
O289020.3
HC89040PPM
CO8900
CO2고온 엔진8900
O2장치를 설치함89020.5
HC89020PPM
CO 엔진 정지8100
CO2및8900.3
O2재 시동89020.2
HC89060PPM
상기 기재는 본 발명의 설명 예를 통해 이루어 졌으며, 당업자는 그러한 모든 수정 및 변형이 첨부된 청구범위에 규정된 바와 같이 본 발명의 개념 및 범위에 포함되는 것으로 생각할 것이다.

Claims (12)

  1. 중심에 위치한 개구를 구비한 지지체와, 상기 지지체와 관련되고 상기 개구의 원주 둘레에 배치되며 상기 개구를 가로질러 연속 자계를 제공하는 다수의 방사상 이격 자석을 포함하는
    연료 절감 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지체는 디스크 형상이며, 내연 기관의 연소실에 이르는 연료/공기 배관 내의 상기 지지체의 고정을 용이하게 하도록 하는 다수의 구멍을 그 내부에 구비하는
    연료 절감 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지체는 상기 다수의 자석을 상기 지지체의 상부면 및 하부면을 거쳐 이동하지 않도록 고정시키는 상부 및 하부 커버 플레이트를 구비하는
    연료 절감 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 자석은 상보적 형상의 키 홈에 의해 지지체에 고정되는
    연료 절감 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    대향된 쌍의 극이 서로 반대로 되어 있는 짝수의 자석이 설치되어 있는
    연료 절감 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 장치는 서로 약 90°이격 배치되어 지지체의 원형 개구의 원주 둘레에 실질적으로 등거리로 이격된 4개의 자석을 구비하는
    연료 절감 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 장치는 상기 지지체의 실질적으로 타원형 개구의 원주 둘레에 실질적으로 등거리로 이격된 6개의 자석을 구비하는
    연료 절감 장치.
  8. 카뷰레터와 엔진의 연소실의 입구 사이에 위치된 제 1 항에 따른 연료 절감 장치와 단일 또는 이중 스로트 카뷰레터를 포함하는
    내연 기관용 연료 절감 장치.
  9. 카뷰레터와 엔진의 연소실의 공통 입구 사이에 위치된 제 1 항에 따른 연료 절감 장치와 단일 또는 이중 스로트 카뷰레터를 포함하는
    내연 기관용 연료 시스템.
  10. 연료 분사 연료 레일과 분사기 사이에 위치된 제 1 항에 따른 적어도 하나의 연료 절감 장치와 단일 또는 다중 구멍 연료 분사 시스템을 포함하는
    내연 기관용 연료 시스템.
  11. 엔진의 연소실의 입구에 장착된 제 1 항에 따른 연료 절감 장치를 포함하는
    내연 기관용 연료 시스템.
  12. 연소 기관의 배기 시스템과 관련된 제 1 항에 따른 장치를 포함하는
    방출물 감소 설비.
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