KR20060023177A

KR20060023177A - 내연기관 연소를 개선하기 위해 배출물 및 연료 소모를감소시키는 설비 및 방법

Info

Publication number: KR20060023177A
Application number: KR1020057025474A
Authority: KR
Inventors: 로짐 피터
Original assignee: 로짐 피터
Priority date: 2003-06-30
Filing date: 2004-01-27
Publication date: 2006-03-13
Also published as: EP1649157B1; MXPA05014113A; EP1649157A1; BRPI0411630A; US20070272220A1; DE602004004145D1; HUP0302008A2; ATE350571T1; US7603991B2; CN1839256A; AU2004252282A1; HU0302008D0; CA2530333A1; RU2006100023A; WO2005001274A1

Abstract

본 발명은 높은 전압을 인가하므로써 공기 스트림에 제1극성의 전하를 제공하고 연료 스트림에 대향 극성의 전하를 제공하므로써, 내연기관의 연소실로 유입되기 전에 완벽한 연소를 달성하기 위하여, 연료 및 공기의 혼합물이 특정한 물리적 특성을 특징으로 하는 처리 영역을 통해 공급되는, 내연기관의 연소를 향상시키기 위한 배출물 및 연료 소모를 감소시키는 방법에서, 설정된 여러가지 경우에 있어서, 초음파 범위의 주파수로 공기 스트림 및 연료 스트림중 적어도 하나를 진동시키며; 여러개의 연속적으로 및/또는 평행 부분에서 설정된 경우에 있어서, 높은 전압을 인가하므로써 공기 스트림에 제1극성의 전하를 제공하고 연료 스트림에 대향 극성의 전하를 제공하므로써, 내연기관의 연소실로 유입되기 전에 완벽한 연소를 달성하기 위하여, 연료 및 공기의 혼합물이 특정한 물리적 특성을 특징으로 하는 처리 영역을 통해 공급되는, 내연기관의 연소를 향상시키기 위한 배출물 및 연료 소모를 감소시키는 방법에서, 초음파 범위의 주파수로 공기 스트림 및 연료 스트림중 적어도 하나를 진동시키는 배출물 및 연료 소모 감소방법이 제공된다.

스트림, 공기, 전압, 전하, 초음파 발생기, 진동 주파수, 이온화 유니트

Description

내연기관 연소를 개선하기 위해 배출물 및 연료 소모를 감소시키는 설비 및 방법{A METHOD AND EQUIPMENT FOR REDUCING EMISSION AND FUEL CONSUMPTION IN ORDER TO IMPROVE COMBUSTION IN INTERNAL COMBUSTION ENGINES}

본 발명은 한편으로는 높은 전압을 인가하므로써 공기 스트림에 제1극성의 전하를 제공하고 연료 스트림에 대향 극성의 전하를 제공하므로써, 내연기관의 연소실로 유입되기 전에 완벽한 연소를 달성하기 위하여, 연료 및 공기의 혼합물이 특정한 물리적 특성을 특징으로 하는 처리 영역을 통해 공급되는, 내연기관의 연소를 향상시키기 위한 배출물 및 연료 소모를 감소시키는 방법에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 다른 한편으로는 내연기관에서의 연소를 향상시키기 위하여 배출물 및 연료 소모를 감소시키기 위한 설비에 관한 것으로서; 상기 설비는 액체(휘발유, 가스 오일) 또는 가스(프로판-부탄) 탄화수소에 의해 구동되는 오토 엔진과 디젤 디젤 및 및 완켈 엔진에 적용할 수 있는, 공기 스트림에 제1극성의 전하를 제공하는 제1이온화 유니트와, 연료 스트림에 대향 극성의 전하를 제공하는 제2이온화 유니트를 포함한다.

2가지 주요한 문제점으로는 환경 위험의 감소와 탄화수소의 소비 감소를 예로 들 수 있다. 내연기관에 의해 구동되는 차량과 기계 및 설비는 가장 높은 공기 오염과 토양 오염 및 수질 오염을 유발한다. 이와 동시에 이러한 차량이나 기계 및 설비는 가장 큰 탄화수소 소비자이다.

그 무엇보다도 교토 협정서를 포함한 엄격한 환경보호 규제의 증가와 탄화수소 연료원의 한정된 특성으로 인해, 내연기관으로 작동되는 항공용 및 지상용 그리고 수상용 차량과 기계 및 설비를 제조하는 모든 나라는 위험한 폐기물 배출을 실행가능한 정도로 감소시키고, 가능하다면 그 레벨을 유지시키고, 출력을 개선시키며, 연료 소모를 감소시키면서, 주로 이들에 의해 제조되는 내연기관의 엔진 출력의 보존을 목표로 하고 있다. 따라서, 자동차와 항공기 및 선박 제조 및 엔지니어링에 있어서, 배출물은 최소한 감소시키지만, 에너지 입력을 감소시키면서 출력을 상승시키기 위해, 계획된 목표는 반비례한다.

이것은 탄화수소 유도체에 의해 추진되는 내연기관에서 실행되는 연소를 개선시키므로써, 이론적으로 및 실질적으로 실현될 수 있다.

공지된 바와 같이, 불충분한 연소로 인해, 내연기관에 공급된 연료의 20% 내지 30% 정도만 사용되고 있으며, 나머지 70% 내지 80%는 연소되지 않는 탄화수소(HC) 형태로 내연기관으로부터 배출되어, 즉 에너지와 기질을 소실시키고 환경에 손상을 가한다.

이러한 해로운 기질은 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO₂)를 포함한다. 이러한 두 기질중에는 살아있는 유기체에 매우 해로운 일산화탄소(CO)가 가장 위험하다. 일산화탄소(CO)는 비연소된 탄화수소 성분의 잔유물이며; 일산화탄소의 경우 하나의 탄소 원자가 산소와 결합되고 탄소 원자는 2개의 자유원자를 갖고 있기 때문에, 일산화탄소는 하나이상의 산소 원자와 결합하게 된다.

만일 일산화탄소(CO)가 인간 유기체에 들어오면, 이로부터 누락된 산소를 추출한다.

한편, 만일 일산화탄소가 공기와 잔존해서 오존층에 도달할 경우에는, 누락된 산소를 오존으로부터 보충하게 된다. 오존은 안정된 가스가 아니어서 매우 용이하게 붕괴되기 때문에, 이것은 더 나쁜 경우가 된다. 그 높은 산화 능력으로 인해, 오존은일산화탄소(CO)를 산화시켜 이산화탄소(CO₂)를 형성한 후, 오존은 산소로 변화된다. 이러한 처리과정은 오존층의 두께를 지속적으로 감소시키므로써 전세계적인 온난화를 강화시키게 된다. 한편, 오존층의 기능은 자외선이 지구의 대기중으로 들어오는 것을 방지하는 것이다.

따라서, 내연기관의 입력에 부정적인 변화없이 전통적인 탄화수소 연료(휘발유, 가스 오일, 가스 등등)에 의해 구동되는 내연기관의 연료 소모와 위험한 폐기물 배출을 감소시키기 위한 해결책과, 또는 이와는 달리 출력을 개선시켜 소비를 감소시키는 해결책과, 이와 동시에 내연기관의 배출에 적용할 수 있는 가장 엄격한 환경보호 규제에 부응할 수 있는 해결책으로는 연소 효율을 개선하는 것이다.

실린더 및/또는 피스톤의 이송에 기초한 해결책으로부터 실린더 영역에서 비연소된 70% 내지 80% 연료의 또 다른 부분을 산화시켜 감소된 연료 소모로 여분의 출력을 생산하는 것을 목적으로 하는 해결책까지, 내연기관의 효율을 강화하기 위 해 다양한 해결책이 추진되었다.

일반적으로, 2행정 차량이나 구형 차량에서 또는 연료 분사로 작동되는 차량의 입구 스로트에서 기화기에는 혼합물을 균질화하는 성분이 사용되었다. 상기 균질화 성분은 관통 시트, 필터 또는 특별하게 설계된 바스켓(HU 185 812 참조)을 포함한다. 선택적으로, 혼합물을 안내하는 다양한 소자들이 사용될 수도 있다. 이러한 안내 소자는 HU 188 765호에 개시되어 있다.

여러 특허 명세서에는 효율 강화의 가능한 방법으로서 연료 공급파이프에 영구자석을 적용하는 기술이 개시되어 있다. 이러한 해결책은 미국특허 제4.278.549호 및 제4.605.498호에 개시되어 있다. 첫번째 경우에서 자석은 파이프내에 배치되며, 두번째 경우에서는 자석이 파이프상에 배치된다. 이러한 두가지 경우에 있어서, 연료는 자석의 북극과 남극 사이로 흐른다. 이러한 해결책을 제시한 사람은 엔진 셀에 흡입된 공기 산소 분자가 자장을 통해 공급된 연료에 더 양호하게 부착된다는 가정하에 그 실행 기구를 기반으로 하고 있다.

연소를 촉진시키는 산소와 접촉하는 연료 분자의 표면을 강화하므로써, 효과 강화가 결정적으로 달성될 수 있다. 이것은 연소 효율을 강화시킨다. 그러나, 공지의 기화방법에 있어서, 커다란 연료 분자는 엔진의 연소실로 흐를 동안 재결합되며, 따라서, 이러한 연소 효율 강화방법은 충분히 효과적이지 않다. 연소 처리과정에 긍정적인 효과를 발휘하기 위해 넓은 표면적에서 커다란 분자의 재결합을 방지하여 소형 크기의 연료 낙하 형성을 강화하도록, 영구 자석이 적용된다.

그러나, 기계적 자석을 포함한 동작을 개선하는 효율이나 영구 자석을 포함 하는 효율은 상당한 연료 절감으로 나타나지 않거나 또는 실제로 널리 사용되고 있지는 않다. 이러한 동작의 또 다른 단점은 내연기관에 기초한 중앙분사나 기화를 배타적으로 쇠퇴시킬 수 있다는 점이다.

지금까지의 기술로 제조되고 가장 최근의 기술적 해결책이 채택된 내연기관에서, 연료는 직접분사에 의해 각각의 실린더로 유입된다. 이것은 실린더 영역에서 연소를 개선시키며, 촉매를 사용하면 배출물을 상당한 정도로 감소시킨다. 이러한 결과를 달성하기 위해, 새로운 형태의 엔진이 개발되어, 보다 경제적인 자동차 동작 및 고비용 촉매가 자동차의 배기시스템에 설치될 수 있게 한다.

그러나, 상술한 바와 같은 해결책은 보다 엄격하게 요구되고 있는 에너지 실용성 및 환경보호 요구사항에 의해 연료 순응성을 보장할 수 없다. 교토 협정서에 의해 집대성 되었기 때문에, 현재는 연료 소모를 감소시키기 보다는 내연기관의 위험한 폐기물 배출을 감소시키는 것이 더욱 중요하게 되었다. 이러한 해결책은 휘발유나 디젤 오일에 의해 구동되는 내연기관에 삽입되는 기계나 차량에 적용된다.

따라서, 본 발명의 목적은 감소된 배출물 및 연료 소모의 직접적인 결과로 인해, 공기의 산소 분자와 탄화수소 분자 사이의 결합을 효과적으로 강화시켜 실린더의 내부에서 이루어지는 연소의 품질을 개선하므로써 내연기관에서 혼합 형성을 개선시키는 해결책을 실행하는 것이다. 본 발명자의 의도는 가장 현대적인 것(직접분사를 사용하는)으로부터 구형(기화기에 기초한) 2행정 및 4행정 휘발유구동식 오토 엔진, 가스 오일로 작동되는 디젤 엔진, 프로판-부탄 가스로 작동되는 가스구동식 엔진, 완켈 엔진이나 기타 다른 엔진이나 내연기관 영역에서 공기중의 산소의 도움을 받아 액체 연료나 가스 연료를 산화시키는 연소 작업/로까지, 새로운 엔진과 현재 작동중인 엔진에서 심각한 변형없이 쉽게 삽입하기에 적절한 간단하면서도 논리적 원리로, 지금까지의 전자기술에 기초하여 가동부를 포함하지 않는 해결책을 제공하는 것이다. 내연기관을 구동시키는 연료의 주요한 에너지함유 소자는 탄소(C)와 수소(H)이다. 통상의 전통적인 연료는 액체 탄화수소 성분의 상이한 혼합물이므로, 상용 연료를 위해서는 특정한 구조식이 제공될 수 없다. 탄화수소의 독특한 특징은 기본적으로 그 분자구조에 의해 한정된다. 그 물리적 특성은 전기 도전성을 포함한다.

공기중에 포함되어 있는 산소는 연료 연소의 기본적인 상태이다. 실제로, 공기는 전기 도전체는 아니지만, 이온화될 수는 있다.

이것은 본 발명에 따른 설비가 중요한 역할을 하는 장소이다. 목표로 하는 물체는 혼합 형성을 개선시키는 즉, 보다 균질한 혼합물을 생성하므로써, 실린더 영역으로의 고비율 연료 입력을 산화/이용하여 성능을 끌어올린 직접적인 결과로 인해 연료 소모를 감소시키고 실린더 영역에서 이루어지는 연소의 품질을 상당히 향상시킨다. 즉, 보다 완벽한 연소는 연료의 단위량 보다 많은 연료를 해제하는 즉, 동일한 자동차가 동일한 양의 연료로 더 긴 거리를 달릴 수 있게 한다. 따라서, 효율 강화를 통해 연료 소모가 감소된다. 연소실에서 연소되는 연료의 비율을 높이는 또 다른 주요한 결과는 대기중으로 배출되는 비연소된 연료(HC)의 양을 감소시키는 것으로서, 보다 완벽한 연소에 의해, 가장 위험한 배출 성분인 일산화탄소(CO)를 상당히 감소시킨다.

만일 분자 입자와 원자 입자 사이의 견인력이 강화된다면, 더 많은 산소 원자가 연료 분자에 결합될 수 있어서, 연소 품질에 긍정적인 영향을 발휘하는 환경 즉, 연소를 개선시킨다. 내연기관은 1kg의 연료를 연소하기 위해 약 15kg의 공기를 필요로 한다. 연소 전에는 가능한한 많은 산소 원자수가 탄화수소 분자에 결합되는 것이 중요하다.

이러한 과정은 미국특허 제3.537.829호 또는 제3.761.062호에 따르면, 입자를 전기적으로 또는 특정하게 전하시켜 이들에게 적절한 전기전하를 제공하므로써 달성될 수 있다. 주어진 경우에서는 공기 입자에는 음전하가, 연료 입자에는 양전하가 제공된다. 대향의 전기 전하는 자석의 대향 극성(N/S)과 마찬가지로 서로를 끌어당긴다. 이것은 실온에서 혼합하는 경우 보다 혼합 형성을 상당히 개선시키며, 공기와 연료 입자는 관련의 물리학적 법칙에 따라 대향의 전기 전하를 통해 서로를 끌어당기며, 양전하와 음전하를 갖는 입자는 서로를 찾는 즉, 작은 크기의 더 만은 산소 원자로 인해 대형 탄화수소 분자에 결합될 수 있다.

빠른 상태로 설비를 통과하는 공기의 양은 완전히 이온화될 수 없기 때문에, 또한 빠르게 통과하는 연료의 양도 완전히 충전될 수 없기 때문에, 통과시 그 전하의 일부가 손실되는 공기의 산소 원자와 연료의 대향 분자는 폭발실로 인입되기 전에 혼합 형성의 과정에서 효과적으로 균일하게 될 수 없다.

본 발명의 목적은 관련의 설비가 가능한한 효율적이면서, 한편으로는 설비를 통과하는 연료와 공기가 이를 통과하는 양이면 무엇이든지 설비로부터 최대한으로 전기전하를 취할 수 있어 더 많은 산소 원자와 연료 분자의 효과적인 결합을 제공하는 동시에, 다른 한편으로는 혼합 형성을 개선시켜 균질한 혼합물을 얻으므로써 완벽한 연소의 달성을 보장할 수 있는 해결책을 실행하는 것이다.

본 발명자들은 한편으로는 내연기관에서의 연소를 강화하기 위해 연료 소모 및 배출물을 감소시키는 방법에 의해 과업을 해결하였으며, 혼합물을 형성하는 연료와 공기는 엔진의 연소실로의 인입되기 전에 그 특정한 물리학적 특성에 의해 처리 영역을 통해 공급되며, 공기 스트립은 높은 전압 인가를 통해 제공되며, 연료 스트림 및 제1극성의 충전은 대향 극성의 충전을 통해 제공된다. 이러한 방법은 초음파 범위의 주파수로 공기 및 연료 스트림의 적어도 하나를 진동시키므로써 업그레이드된다.

상기 방법의 양호한 실시예에 따르면, 공기 및 연료 스트림의 적어도 하나는 공기 스트림과 연료 스트림이 반대 극성으로 충전되는 동일한 부분에서 초음파 범위의 주파수로 진동된다. 이것은 보다 효과적인 충전의 실현을 허용한다.

상기 방법의 다른 양호한 실시예에 따르면, 진동은 초음파 발생기에 의해 발생되며, 이러한 방법은 해결책의 비용효율성을 개선시킨다.

상기 방법의 또 다른 양호한 실시예에 따르면, 공기 스트림 및 연료 스트림의 적어도 하나는 연속적인 및/또는 평행한 부분에서 여러번 진동된다. 이러한 수단은 진동에 의해 달성된 효과를 배가시킨다.

특정한 경우에 있어서, 본 발명의 양호한 실시예는 한가지이지만, 배타적으로 공기 스트림이나 연료 스트림이 진동된다. 이것은 엔진의 구조적 디자인에 의존할 것이다.

상술한 바와 같은 방법의 다른 양호한 실시예에 따르면, 진동을 위해서는 20 내지 100kHz 범위, 양호하기로는 35 내지 45kHz 범위의 주파수가 사용될 것이다. 이것은 상용으로 사용될 수 있으며 양호한 신뢰성으로 작동되는 간단하면서 저렴한 부품에 의해 달성될 수 있다.

상술한 바와 같은 과업은 한편으로는 내연기관에서의 연소를 강화하기 위해 배출물 및 연료 소모를 감소시키므로써 해결될 수 있으며, 상기 설비는 공기 스트림에 제1극성의 전하를 제공하는 제1이온화 유니트와, 연료 스트림에 대향의 극성을 제공하는 제2이온화 유니트를 포함한다. 본 발명에 따르면, 적어도 하나의 이온화 유니트를 포함하는 설비는 초음파 범위의 주파수로 공기 스트림과 연료 스트림중 적어도 하나를 진동시키는 수단을 포함한다.

양호한 실시예에 따르면, 상기 설비에는 공기 스트림과 연료 스트림을 진동시키는 수단이 제공된다.

상기 설비의 다른 양호한 실시예에 따르면, 진동 수단은 초음파 발생기에 연결된 압전 변환기이다.

또 다른 양호한 실시예에 따르면, 상기 설비는 병렬 및/또는 종속접속식으로 연결된 여러개의 진동 수단과, 효과 강화가 입증된 디자인을 갖는다.

상기 설비의 양호한 실시예에 따르면, 상기 진동 수단은 주파수 가변형 진동 수단으로 설계될 수 있으며, 및/또는 가변형 진폭 신호를 갖는 진동 수단으로 설계될 수도 있다.

본 발명의 기타 다른 목적과 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조한 하기의 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.

도1은 본 발명에 따른 방법을 실현시키는 설비의 입구 소자의 실시예를 도시한 도면.

도2는 공기 스트림을 이온화시키는 니들 전극의 2가지 배열의 실시예를 도시한 도면.

도3은 선Ⅱ-Ⅱ를 따른 도1의 입구 소자의 단면도.

도4는 본 발명에 따른 방법을 실현시키는 설비의 다른 입구 소자의 실시예를 수직단면도로 도시한 도면.

도5는 도4에 따른 입구 소자의 평면도.

도6은 도4에 따른 입구 소자를 결정축 측정식으로 점선으로 도시한 도면.

도7 및 도8은 다른 입구 소자 배열의 변형예를 도시한 도면.

도9는 진동 수단의 진동 발생소자의 실시예를 단면도시한 도면.

도1은 상술한 바와 같이 공지의 방식으로 높은 전압을 사용하여 이를 통과하는 공기를 이온화시키는 내연기관에 공기를 공급하는 파이프 시스템에 끼워지는 금속 입구 소자(1)를 단면도시하고 있다. 공기를 이온화시키는 점선으로 도시된 니들 전극(2)은 도2에 도시된 바와 같이 동심으로 또는 나선형으로 표면(3)상에 배치되거나, 또는 불규칙하게 배치될 수 있다. 도면에는 규칙적인 간격으로 원통형으 로 도시된 입구 소자(1)의 표면 외주를 따라, 표면(3)과의 직접적인 물리적 접촉으로 삽입되는 4개의 진동 발생소자(4)가 제공되지만, 도면에는 단지 2개의 진동 발생소자(4)만 도시되어 있다. 상기 진동 발생소자(4)가 외주를 따라 배치되는 것은 중요한 사항이 아니지만, 경험에 따르면 규칙적인 배열을 원하는 효과를 강화시킨다는 것을 알 수 있다. 진동 발생소자(4)는 도1에 점선으로 도시된 바와 같이 여러개의 열(row)로 표면(3)상에 삽입된다. 입구 소자(1)는 예를 들어 파이프 클램프(5)에 의해 공기를 공급하는 파이프 시스템에 삽입될 수 있다.

도3은 도1에 따른 입구 소자(1)의 단면을 도시하고 있다. 진동 발생소자(4)는 차치하고, 그 내단부가 진동 발생소자의 동작을 영향을 받아 영구적인 진동상태로 있는 공기 스트림을 이온화시키는 니들 전극(2)도 도시되어 있다. 이러한 공진에 의해, 이온화용 입구 소자(1)내에서의 공진 전극(2)은 그 전체 표면과 접촉하고 있는 공기를 약간 진동하고 있는 고정 전극(6)에 대해 모든 방향으로 이동시키고, 이미 이온화된 공기를 입구 소자(1)의 중앙선상에 집중시켜 응축시키는 동시에 유입되는 아직 이온화되지 않은 공기에 통로를 제공하므로써, 이온 농도를 많은 양으로 형성하는 것을 보장한다. 도면에는 입구 소자(1)에 높은 전압을 공급하는 커넥터(7)가 도시되어 있다.

도4 내지 도7은 보조 탱크(8)에 배치된 금속 입구 소자(9)가 도시되어 있으며; 플라스틱으로 제조되는 상기 보조 탱크는 파이프 시스템에 삽입되고, 상기 파이프 시스템은 내연기관의 연소실에 연료를 공급하며 상술한 바와 같은 공지의 방식으로 높은 전압의 도움을 받아 그 통과하는 연료를 이온화 시킨다. 입구 소자 (9)는 탱크(8)의 길이방향 축선과 평행하게 배치될 수도 있지만, 그 효과를 강화하기 위해 연료는 전극으로서 작용하는 입구 소자(9)의 가능한한 가장 긴 시간주기와 접촉하는 배치를 선택하는 것이 바람직하다. 이것은 예를 들어 연료 입구(10) 및 연료 출구(11)를 탱크(8)의 동일측에 제공하므로써 달성되거나, 또는 도8에 도시된 바와 같이 구불구불한 형태의 탱크(8)의 전방측에 장착되어 있는 여러개의 동심형 입구 소자(9)를 제공하므로써 달성될 수 있다. 상기 입구 소자(9)는 도시의 실시예에서는 관통형 알루미늄 파이프로 제조되는 것이 바람직하며; 이러한 파이프는 전극으로서 작용하며, 탱크(8)로 이어지는 커넥터(12)를 통해 높은 전압에 연결되어 있다. 입구 소자(9)의 표면측에는 도시의 실시예에서 외주를 따라 규칙적인 간격으로 원통형을 취하는 4-4 진동 발생소자가 제공되며, 이러한 소자는 도5에 점선으로 도시된 바와 같이 표면과의 직접적인 물리적 접촉에 의해 삽입된다. 한편, 상기 진동 발생소자(4)는 도7에 도시된 바와 같이 탱크(8)의 표면에 삽입될 수도 있으며, 도면에는 단지 2개의 진동 발생소자(4)가 도시되어 있다. 상기 진동 발생소자(4)가 외주를 따라 배치되는 것은 중요한 사항이 아니지만, 경험에 따르면, 이 경우에도 그 규칙적인 배열은 원하는 효과를 강화시킨다는 것을 알 수 있다. 상기 진동 발생소자(4)는 도7에 점선으로 도시된 바와 같이 여러개의 열로 입구 소자(9)에 삽입될 수 있다.

갯수의 함수로서, 상기 진동 발생소자(4)는 하나이상의 진동 발생 스테이지의 출구에 부착된다. 진동 발생소자(4)에 의해 발생된 영구적인 얌전한 공진으로 인해, 전극으로 작용하는 관통된 파이프형 입구 소자(9)는 그 접촉되어 있고 이미 충전되어 있어 더 이상 충전할 수 없는 연료를 진동에 의해 탱크(8)의 출구(11)를 향해 자신으로부터 쫓아내버리므로써, 공진/이송 전기 전하에 의해 아직 충전되지 않은 연료 입자와 훨씬 효과적으로 혼합될 수 있으며, 입구(10)를 통해 탱크(8)에 공급된 새로운 연료에 통로를 제공한다.

높은 이온 농도 및 연료량의 더 많은 포화 충전은 2개 이상의 이온화 입구 소자(1)를 공기 통로에서 엔진의 입구 튜브에 직렬로 및/또는 병렬로 삽입하므로써 달성될 수 있으므로, 활성 산소 즉 음이온은 제2 입구 소자 또는 연속한 입구 소자(1)에서 그 어떤 충전 없이 또는 마이너 전기 전하를 최대한 잡지 않은 상태로, 입구 소자(1)를 통과하여 이를 빠져나가는 공기 입자로부터 분리될 수 있다.

연료가 완전히 충전되는 것을 보장하기 위해 즉, 2개 이상의 플라스틱 탱크(8)가 엔진의 연료 공급 파이프에 직렬로 및/또는 병렬로 삽입되는 것을 보장하기 위해 동일한 방법이 실행되므로, 제1탱크(8)에서 설정의 목적을 위하여 불충분한 양으로 충전되지 않은 연료량이 입구 소자(9)의 도움을 받아 제2탱크 또는 연속한 탱크(8)에 더 많이 충전되는 것을 보장할 수 있다.

각각의 모든 입구 소자(1, 9)는 별도의 유니트로 설계될 수 있다. 이 경우에 있어서, 각각의 쉘은 그 고유의 초음파 발생기와 마찬가지로 높은 전압을 발생하는 자체 전압 스테이지를 갖는다.

적절한 출력 변수와 그 구조가 제공되어 내연기관의 연소 동작에 적절하다면, 공지의 상용가능한 전자 유니트가 초음파 발생기로서 사용될 수도 있다. 이러한 발생기 유니트는 출력 신호의 형태가 생성된 효과나 진동 발생소자(3)에 대해 중요하지 않기 때문에, 예를 들어 타입 555의 공지의 집적회로 타이머의 도움을 받아 또는 타입 2206의 집적회로 기능 발생기의 도움을 받아 구성될 수 있다. 이를 위해 델라웨어 허샤우에 소재하는 콘라드 일렉트로닉 코포레이션에 의한 모델 넘버 130243의 "초음파 발생기"로 불리워지는 모듈이 사용될 수 있다.

초음파 발생기의 양호한 주파수 범위는 상술한 바와 같이 100kHz 근처를 초과한 주파수인 경우 그 효과가 신호를 생성하는데 필요한 에너지 입력에 따라 비례적으로 증가하지 않는다는 사실로 인해 한정된다.

도9는 진동 발생소자(4)의 예시적인 구조를 도시하고 있다. 소자의 중앙부는 공지된 바와 같이 역방향으로 작용하는 즉, 그 공급된 전기 신호를 기계적 진동으로 변환하는 압전 변환기(13)로 구성되어 있다. 접착 결합에 의해 하나의 세라믹 타일(14)이 상기 압전 변환기(13)의 양측 각각에 고정된다. 이를 위해 사용된 접착제(15)는 고온에서 연료의 용해 동작에 견딜 수 있어야 한다. 세라믹 타일(14)의 주요한 기능은 진동 발생소자(4)가 연료를 충전시키는 높은 전압원에 연결된 관통된 파이프 입구 소자(9)에 직접 배치되었을 때, 진동을 효과적으로 변환시키고 또한 기계적 및 전기적 고형성을 제공하기 위한 것이다. 상술한 바와 같은 경우에 있어서, 압전 변환기(13)의 두께는 1 내지 1.5mm 이며, 세라믹 타일(14)의 두께는 3 내지 4mm 이다. 진동 발생소자(4) 자체는 주어진 실시예에서는 거의 스탬프의 크기를 가지며, 25mm×25mm로 측정되는 유니트이다.

만일 초음파 발생기의 출력이 인가된 진동 발생소자(4)의 갯수를 구동시키기에 불충분하다면, 작동 주파수 범위에서 활성인 공지된 구조의 증폭기 스테이지가 설치될 수도 있다. 이것은 본 기술분야에 널리 공지된 사실이기 때문에, 본 발명자는 이에 대해서는 상세히 서술하지 않았으며, 높은 전압 발생 전자유니트에 대해서도 서술하지 않았다.

연료 공급을 보장하는 탱크(8)에 있어서, 각각의 탱크(8)에 존재하는 높은 전압은 그 직렬 연결로 인해 별도로 부가되어도 무방하며, 전기적으로 충전된 연료가 연속한 탱크(8)에 더 많은 전하를 받아들일 수 없기 때문에, 단지 나머지 비충전된 또는 불충분하게 전하된 연료만이 그렇게 될 것이다.

공기와 연료가 만남에 따라, 이온화 입구 소자(1)에서 이온화 전극(2)의 서로 근접하고 있는 혼합 형성은 나선형 배치에 의해 긍정적으로 영향을 받으며; 이에 따라 그 주요한 기능의 실행 이외에, 이를 통해 유입되는 공기를 연료-공기 혼합영역으로 이송시키며, 상기 연료-공기 혼합영역에서는 혼합물이 와류형 회전운동으로 강력하게 음이온으로 이미 형성되어 있으므로, 보다 균일한 혼합물을 제공하며 연소실에서 양호한 연소를 제공한다.

초음파 발생기에 의해 발생된 충격파는 혼합형성으로의 길을 따라 공기와 연료를 수반하기 때문에, 혼합형성의 지점에서 두 방향으로부터 오는 충격파의 교차로 인해, 한편으로는 연료가 균일한 작은 입자로 쪼개져서 보다 많은 산소 원자와 결합될 수 있으며, 다른 한편으로는 상기 혼합물은 매우 균일한 성분으로 변환되므로써, 외부 간섭없이는 실린더 영역에서 실현될 수 없는 최적의 연소 처리과정을 보장한다.

본 발명에 따른 해결책은 2000㎤ 실린더 용량의 혼다 CRV 형태의 자동차에서 테스트되었다. 테스트 결과는 다음과 같은 두가지 상태를 포함한다.

1. 100km의 특정 루트상의 공공도로에서 연료소모 감소에 대한 측정, 차량의 본래 연료 탱크는 제거되었으며 눈금이 매겨진 측정 실린더로 대체되었다. 테스트는 80km/h 및 110km/h 의 두가지 상이한 속도범위로 도로에서 이루어졌다.

테스트1

테스트2

2. 눈금이 매겨진 측정 설비가 장착된 수리 센터에서의 배출물(위험한 폐기물) 측정.

자동차 자체의 전기시스템에 의해, 그리고 본 기술분야에 널리 공지되어 있 는 전압 인버터에 의해, 음전하를 생성하는 차량 엔진의 공기 입구 파이프에 삽입된 전자장치에 필요한 -15000 V의 높은 전압과, 양전하를 생성하는 휘발유 공급파이프에 설치된 전자장치에 필요한 15000 V의 높은 전압이 생성되었다. 하기의 전압은 단지 예시적인 값을 나타낼 뿐이며, 높은 전압은 보다 양호한 결과를 도출하지만; 본 기술분야의 숙련자라면 인식할 수 있는 바와 같이, 높은 전압의 사용에 따른 안전성과 효과 사이에 타협이 이루어져야만 한다. 본 발명자의 경험에 따르면, 5 내지 100kV 범위의 전압이 적용될 수 있다. 높은 전압을 발생하는 전자 유니트는 자동차의 전기 시스템을 위해 약 6W의 최소 부하를 부여하며, 이러한 부하는 자동차의 광원에 의해 부여되는 부하의 1/3 이하이다. 따라서, 테스트 차량에 설치된 2개의 높은 전압 발생용 전자 유니트는 단지 차량의 전기 시스템에 12W의 부하만을 부여하며, 본래 설치되어 있는 전류 소모품의 처리와 함께 260W의 여분의 전기 커패시티를 갖고 있다는 사실을 고려할 때, 이러한 값은 무시할 수 있으므로, 연료 소모에 대해서는 그다지 장점을 제공하지 않는다.

테스트1

테스트2

공공도로 소모 및 배출물 측정은 배출물과 연료 소모를 감소시키는 설비의 효율을 명백히 나타내고 있다. 설비에 의해 제공된 다양한 선택사항으로 인해, 그 결과는 액화 탄화수소에 의해 구동되는 내연기관인 오토 엔진, 디젤 엔진, 완켈 엔진에 대해 더욱 증가될 수 있다.

이러한 설비는 가동부를 포함하고 있지 않으며, 특정한 주의 및 유지보수를 필요로 하며, 그 내구수명은 차량에서의 전자 부품의 내구수명과 동일하다. 이것은 저렴한 비용으로 연속적으로 제조될 수 있다.

본 발명의 상술한 예시적인 실시예는 본 발명의 본질의 양호한 이해를 배타적으로 촉진시키며, 이러한 실시예로 한정된 청구범위하에 한정된 특허 명세서의 범주에 속하지 않는다. 본 기술분야의 숙련자라면 특허 명세서의 범주로부터의 일탈없이 다양한 변경과 수정이 가해질 수 있음을 인식할 수 있을 것이다. 따라서, 예를 들어 진동 주파수 및/또는 진폭은 기술적으로 공지된 유니트인 제어가능한 초음파 발생기 및 엔진 변수를 관찰하는 제어 스테이지의 도움을 받아, RPM 이나 엔진 부하의 관점에서, 내연기관의 작동중에 역동적으로 변경될 수 있다.

Claims

높은 전압을 인가하므로써 공기 스트림에 제1극성의 전하를 제공하고 연료 스트림에 대향 극성의 전하를 제공하므로써, 내연기관의 연소실로 유입되기 전에 완벽한 연소를 달성하기 위하여, 연료 및 공기의 혼합물이 특정한 물리적 특성을 특징으로 하는 처리 영역을 통해 공급되는, 내연기관의 연소를 향상시키기 위한 배출물 및 연료 소모를 감소시키는 방법에 있어서,

초음파 범위의 주파수로 공기 스트림 및 연료 스트림중 적어도 하나를 진동시키는 것을 특징으로 하는 배출물 및 연료 소모 감소방법.
제1항에 있어서, 공기 스트림 및 연료 스트림중 적어도 하나는 공기 스트림 및 연료 스트림이 대향 극성으로 충전되는 동일한 부분에서 초음파 범위의 주파수로 진동되는 것을 특징으로 하는 배출물 및 연료 소모 감소방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 진동은 초음파 발생기에 의해 발생되는 것을 특징으로 하는 배출물 및 연료 소모 감소방법.
제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 공기 스트림 및 연료 스트림중 적어도 하나는 여러 부분에서 진동되는 것을 특징으로 하는 배출물 및 연료 소모 감소방법.
제4항에 있어서, 공기 스트림 및 연료 스트림중 적어도 하나는 여러개의 연속한 부분에서 진동되는 것을 특징으로 하는 배출물 및 연료 소모 감소방법.
제4항에 있어서, 공기 스트림 및 연료 스트림중 적어도 하나는 여러개의 평행한 부분에서 진동되는 것을 특징으로 하는 배출물 및 연료 소모 감소방법.
제1항 내지 제6항중 어느 한 항에 있어서, 공기 스트림 또는 연료 스트림이 배타적으로 진동되는 것을 특징으로 하는 배출물 및 연료 소모 감소방법.
제1항 내지 제7항중 어느 한 항에 있어서, 20kHz 내지 100kHz 범위의 진동 주파수, 양호하기로는 35kHz 내지 45kHz 범위의 진동 주파수가 사용되는 것을 특징으로 하는 배출물 및 연료 소모 감소방법.
공기 스트림에 제1극성의 전하를 제공하는 제1이온화 유니트와, 연료 스트림에 대향 극성의 전하를 제공하는 제2이온화 유니트를 포함하는, 내연기관의 연소를 강화하기 위한 배출물 및 연료 소모를 감소시키는 설비에 있어서,

초음파 범위의 주파수로 공기 스트림 및 연료 스트림중 적어도 하나를 진동시키는 수단이 설치된 적어도 하나의 이온화 유니트를 포함하는 것을 특징으로 하는 배출물 및 연료 소모를 감소시키는 설비.
제9항에 있어서, 공기 스트림 및 연료 스트림을 진동시키는 수단에 삽입되는 것을 특징으로 하는 배출물 및 연료 소모를 감소시키는 설비.
제9항에 있어서, 진동 수단은 초음파 발생기에 연결된 압전 변환기인 것을 특징으로 하는 배출물 및 연료 소모를 감소시키는 설비.
제9항 내지 제11항중 어느 한 항에 있어서, 여러개의 종속접속형 진동수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 배출물 및 연료 소모를 감소시키는 설비.
제9항 내지 제11항중 어느 한 항에 있어서, 직렬로 연결된 여러개의 진동수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 배출물 및 연료 소모를 감소시키는 설비.
제9항에 있어서, 상기 진동수단은 가변주파수를 갖는 진동수단으로 설계되며, 및/또는 가변 신호 진폭을 갖는 진동수단으로서 설계되는 것을 특징으로 하는 배출물 및 연료 소모를 감소시키는 설비.