WO1998030796A1

WO1998030796A1 - Dispositif et procede ameliorant la combustion d'un moteur par magnetisme

Info

Publication number: WO1998030796A1
Application number: PCT/JP1997/004905
Authority: WO
Inventors: Toshiki Kobayashi
Original assignee: Big Bang Co., Ltd.
Priority date: 1997-01-06
Filing date: 1997-12-26
Publication date: 1998-07-16
Also published as: JP3019795B2; JPH10196470A; US6220231B1; EP0965745A1; EP0965745A4

Description

明細書磁気を用いたェンジン用燃焼改善装置及び燃焼改善方法技術分野本発明は、ディーゼルエンジン及ぴガソリンエンジンの燃焼を改善する目的でこれらの燃料供給経路に設置される、磁気を用いた燃焼改善装置及び燃焼改善方法に関する。従来の技術特公平 3 - 3 0 7 1 8及び実公平 4一 2 1 8 1 0においては、複数の永久磁石が互いに反発するように組み合わされて円筒状のケ一シング内に固定され、円筒の両底面略中央にそれぞれ流入口及び流出口が設けられて、燃料がこれら磁石中の孔又はの磁石の間を通過するように構成されている。

また、実登 3 0 1 2 3 1 3号（実願平 6— 1 6 2 8 7 ) においては、永久磁石の磁極の間の燃料通路に粒状のセラミックが充塡されている。背景技術しかしながら、これら従来技術を用いた場合、燃焼改善の効果は十分でなく、エンジンの形式や排気量、燃焼改善装置の使用態様によっては全く効果が見られない場合が多かった。特に、ディーゼルエンジンを用いた場合には以下の様な問題があった。（1 ) 装着の効果が見られず、（2 ) かえって黒煙の量が増える、 ( 3 ) アイドリングの際のエンジンの回転が不安定である、（4 ) かえってェンジンの出力が低下する、（5 ) エンジンの回転が不安定で停止する場合がある、 ( 6 ) エンジンが始動しないことがある、といったものである。

上記従来の技術の装置では、構造上、空気が燃焼改善装置 1中に滞留し、比較的粗い空気の泡が形成されるおそれがある。その場合には、エンジン燃焼室における空気/燃料比を狂わせ異常燃焼を引き起こす。

したがって、本発明は、多種のエンジンにおいて燃焼改善効果を発揮することができ気泡の形成といった悪影響のない燃焼改善装置及び燃焼改善方法を提供することを目的とする。発明の開示請求項 1記載のエンジン用燃焼改善装置においては、対向配置される磁極間に燃料通路を備え、燃料タンクからェンジンへの燃料供給経路に設置されるヱンジン用燃焼改善装置において、前記対向磁極間に作用する面積当たりの磁力が 0. 15kgf /cm²以上であり、前記対向磁極間の距離は、この距離の減少に略比例してこれら対向磁極間の磁力が増加する範囲内であり、燃料が前記対向磁極間を通過するのに要する時間が 1. 7秒以上であることを特徴とする。

このような構成により、ディーゼルエンジン等の内燃機関の燃焼を改善することができ、特に、黒煙、窒素酸化物等の有害排出物の排出量を低減することができる。

請求項 2記載のエンジン用燃焼改善装置においては、対向配置される磁極間に燃料通路を備え、燃料タンクからェンジンへの燃料供給経路に設置されるェンジン用燃焼改善装置において、前記対向磁極間の面積当たりの磁力を、これら対向磁極間の距離で割った量が、 0. 20 kg f /cm⁰以上であり、前記対向磁極間の距離は、この距離の減少に略比例してこれら対向磁極間の磁力が増加する範囲内であり、燃料が前記対向磁極間を通過するのに要する時間が 1. 7秒以上であることを特徴とする。

請求項 3記載のエンジン用燃焼改善装置においては、対向配置される磁極間に燃料通路を備え、燃料タンクからェンジンへの燃料供給経路に設置されるェンジン用燃焼改善装置において、前記対向磁極間の面積当たりの磁力と、燃料が前記対向磁極間を通過する時間との積が、（0. 15kgfZcm²) ( 1. 7 秒）以上であり、前記対向磁極間の距離は、この距離の減少に略比例してこれら対向磁極間の磁力が増加する範囲内であることを特徴とする。

請求項 4記載のエンジン用燃焼改善装置においては、請求項 1又は 2に記載のエンジン用燃焼改善装置において、燃料流出口が前記燃料通路に対して略平行の壁に設けられ、この流出口が最上部になるように配置されることを特徴とする。このような構成により、燃焼改善装置内の燃料液に気泡が滞留することがない。したがって、微細な気泡が集積されて粗い気泡に成長することがなく、粗い気泡が燃料と共にェンジン燃焼室に供給されることによる燃焼トラブルが防止される。請求項 5記載のエンジン用燃焼改善方法においては、燃料タンクからエンジンへと燃料を供給する際に、近接して対向配置される磁極間の間隙を通過させ、前記対向磁極間に作用する面積当たりの磁力を 0 . 1 5 k g f Z c m ²以上とし、燃料が前記対向磁極間を通過する時間を 1 . 7秒以上とすることを特徴とする。このような構成により、内燃機関の燃焼を改善することができ、有害排出物の排出量を低減することができる。図面の簡単な説明図 1は、実施例の燃焼改善装置の長さ方向の縦断面図である。

図 2は、実施例の燃焼改善装置の幅方向の縦断面図である。

図 3 ( a ) は、実施例の装置の磁石固定金具を示す斜視図である。図 3 ( b ) は、実施例の装置のじゃま板スぺーサーを示す斜視図である。

図 4 ( a ) は、実施例の燃焼改善装置を流入口側から見た外観図である。図 4

( b ) は、実施例の燃焼改善装置を流出口側から見た外観図である。

図 5は、実施例における燃焼改善装置の配置個所を説明するための模式的なブ口ック図である。

図 6は、実施例の燃焼改善装置 1に用いたのと同一の永久磁石及びその半分の厚さの永久磁石について、 2枚の磁石の間に働く反発力と磁石間の距離の関係を示したグラフである。

図 7は、図 6における 1 O mm未満の領域を詳細に示したグラフである。図 8 (a) は、実施例の燃焼改善装置を装着し、面積当たり磁力の強さを 0. 213 kg f /cm²とした場合の排気ガス中の黒煙を捕集したフィルタ一面である。図 8 (b) は、燃焼改善装置を装着しない場合の排気ガス中の黒煙を捕集したフィルタ一面である。

図 9は、面積当たりの磁力の強さを 0. 175kg f /cm²とした場合の排気ガス中の黒煙を捕集したフィルタ一面である。

図 10 (a) は、実施例の燃焼改善装置を装着し、装置中における燃料の滞留時間を 1秒とした場合の排気ガス中の黒煙を捕集したフィルタ一面である。図 1 0 (b) は、同様の条件で、燃焼改善装置を装着しない場合の排気ガス中の黒煙を捕集したフィルタ一面である。

図 11 (a) は、実施例の燃焼改善装置を装着し、装置中における燃料の滞留時間を 1. 5秒とした場合の排気ガス中の黒煙を捕集したフィルタ一面である。図 11 (b) は、同様の条件で、燃焼改善装置を装着しない場合の排気ガス中の黒煙を捕集したフィルタ一面である。

図 12 (a) は、実施例の燃焼改善装置を装着し、装置中における燃料の滞留時間を 2秒とした場合の排気ガス中の黒煙を捕集したフィル夕一面である。図 1 2 (b) は、同様の条件で、燃焼改善装置を装着しない場合の排気ガス中の黒煙を捕集したフィルタ一面である。

図 13 (a) は、実施例の燃焼改善装置を装着した場合の指圧波形（燃焼圧波形）図である。図 13 (b) は、燃焼改善装置を装着しない場合の指圧波形（燃焼圧波形）図である。

図 14は、図 13について説明するための、模式的な指圧波形図である発明を実施するための最良の形態実施例の燃焼改善装置 1を図 1〜4に基づき説明する。

それぞれ長さ方向及び幅方向の縦断面図である図 1及び 2に示すように、直方体（幅 4 Ommx厚さ 2 Ommx長さ（40 + 40 + 25) mm) の永久磁石 2 が、燃料通路 3を成す狭い間隔（7 mm) を挟んで配置される。永久磁石 2の上下面が S極及び N極でありこれら磁極が互いに反発するように配される。これら永久磁石 2を保持するケーシング 4は、鋼等の磁性体からなり、断面略正方形の長い筒部 4 1 (内法 4 O mm x 4 7 mm x 1 3 O mm) に、短い筒状の、流入口筒部 4 2及び流出口筒部 4 4が接続したような形状をなしている。

長い筒部 4 1の両端における、流入口筒部 4 2及び流出口筒部 4 4と接続する段部には、磁石を固定するための固定金具 6 1が配されている。この磁石固定金具 6 1は、図 3 ( a ) に示すように、長い略正方形の板材に対して、一つの大きな円形開口 6 3を中央に開け、対向する 2辺（図 1では上下）の縁を 9 0 ° 折り曲げて脚部を作ったような形状を成している。

また、燃焼改善装置 1の長さ方向へと互いに隣接する永久磁石 2の間には、スぺーサ一板 6 2が配されるが、これは燃料通路 3におけるじゃま板を兼ねるものである。図 3 ( b ) にその斜視図を示すが、長い筒部 4 1の幅方向断面の内法と略同一の板材に対して、中央を外したところに比較的小さい円形開口 6 4がーつ開けられた形伏を成している。燃焼改善装置 1における 2枚のじゃま板兼用スぺ―サ一板 6 2の開口 6 3は、図 2に示すように断面が左右に細長い燃料通路 3 において左右に互い違いになるように配置される。すなわち、流入口側筒部 4 2 の側から流入した燃料が、 1枚目のじゃま板兼用スぺ一サ一板 6 2を通過する際に図 2における左側に設けられた開口 6 3を通るとすれば、 2枚目のじゃま板兼用スぺ一サー板 6 2を通過する際に図 2における右側に設けられた開口 6 3を通ることとなる。このようなじゃま板の配置により、磁極間燃料通路 3を燃料が永久磁石 2からの作用をより確実に受けることができる。

対向配置される永久磁石 2が互いに吸引力を及ぼすよう構成する場合には、上記の固定金具 6 1及びスぺ—サー板 6 2について、永久磁石 2の燃料通路 3に面する面に係合する係合部を設けておく。

流入口筒部 4 2は、図 1の縦断面図及び図 4 ( a ) の流入口側外観図に示すように、長い筒部 4 1と略同心をなすように接続しており、鉄分除去用磁石 2 1を備えている。流入口筒部 4 2の端面略中央には、略水平に配された流入管 4 6に接続する流入口 4 3が設けられる。

流出口筒部 4 4は、図 1の縦断面図及び図 4 ( b ) の流出口側外観図に示すように、長い筒部 4 1の上部に接続しており、上壁が互いに連続している。流出口筒部 4 4の上壁に流出口 4 5が設けられ、略垂直に配された流出管 4 7に接続している。

流出口 4 5が燃焼改善装置 1の最上部に備えらているため、燃焼改善装置 1中へと供給される燃料中に混入する空気が燃焼改善装置 1中に残留することがなく、したがって、大きな空気の泡が形成されることがない。空気の燃料への混入は、 ( 1 ) 燃料タンク内の燃料が少なくなつた場合にタンクの振動により燃料吸弓 I口から、また、（2 ) エンジンの燃料タンクからヱンジンの燃焼室への燃料供給経路が負圧になることにより供給経路の接続部などから混入するおそれがある。図 5に模式的に示すように、上記のような燃焼改善装置 1が、燃料ポンプ 5 2 の直前の燃料供給管 5 0に設置される。燃料ポンプ 5 2は、燃料タンク 5 1から燃料を吸引しエンジン 5 5に付属した燃料噴射装置 5 4に供給するものである。図示の例では、燃料ポンプ 5 2と燃料噴射ポンプ 5 4との間には燃料フィルタ一 5 3が備えられている。

次に、対向する永久磁石 2の間に作用する磁力（吸引力又は反発力）について図 6〜7を用いて説明する。

図 6は、実施例の燃焼改善装置 1に用いたのと同一の永久磁石（4 0 mm x 4 O mm x 2 O mm) 及びその半分の厚さの永久磁石（4 O mm x 4 O mm x 1 0 mm) について、 2枚の磁石の間に働く反発力と磁石間の距離の関係を示したグラフ図である。一方の磁石を上皿天秤の上に置き、他方の磁石を一方の磁石の真上にある間隔を離して配置した場合の上皿天秤指示値の増加分を反発力とし、 1 平方センチあたりの k g f値として示した。距離が大きい場合には、反発力が距離の 2乗にほぼ反比例する。しかし、距離が小さい領域では、反発力の増加が距離の減少にほぼ比例することになる。図 6における 1 O mm未満の領域であり、図 7に詳細に示す。図 7に示されるように、本実施例で用いたような寸法の永久磁石を用いる場合、磁石間距離が 7 mm以下では、磁石間距離と互いに作用する磁力の大きさとがほぼ正確に直線関係、すなわち 1次関数の関係にあって、磁石間距離の減少分に比例して磁石間に作用する力が増大する。

対向する磁石の磁極間の距離が上記のような範囲である場合に、磁力が均一に作用することになる。上記実施例のような装置において、磁極間燃料通路 3の上下壁をなす対向磁極間の距離がこのような範囲内であることが、燃焼改善を確実に達成するために必要である。

上記実施例の燃焼装置 1の場合、磁石間の距離が 7 mmであるので図 5のプロットに示すように、 4 O mm X 4 O mm当たり 3 . 4 k g fの磁力即ち平方センチ当たり約 0 . 2 l k g f の磁力が、磁石間の燃料通路全体において均一に作用する。このように均一に作用する磁力（吸引力又は反発力）の面積当たりの強さを、本明細書においては、以降、面積当たり磁圧力と呼ぶことにする。また、この面積当たりの磁圧力を磁極間距離すなわち磁極間燃料通路 3の厚さで割った量を体積当たり磁圧力と呼ぶことにする。但し、磁極間燃料通路 3にセラミックのボールといった磁気に影響を与えないものが充填されている場合には、磁極間燃料通路 3の体積から充塡物の体積を除いた正味の体積に基づいて補正した量を指すものとする。

燃焼改善効果を達成するために必要な、磁圧力の大きさと、対向磁極間の磁極間燃料通路 3における燃料の滞留時間とについては、以下の試験例を用いて説明する。

上記のような燃焼改善装置をデイーゼルェンジンの燃料供給経路に装着した試験例（実施例及び比較例）について表 1〜3及び図 8〜 1 3を用いて説明する。表 1には、本実施例の燃焼改善装置 1についての、（財）日本自動車輸送技術協会による「ディーゼル自動車排出ガス試験結果記録表（6モード）」を転記する。 Να 600275

車名トヨタ型—式 — N— LN6 1 V 車台番号 LN6 00 1 2525 試験時の総走行キロ数 22 1 36 km 車両総重量 2 1 35 (2 1 20) JiS_ 試験自動車重量 1660 kg. 等価慣性重量 750

原動機型式 2 L 最高出力 85/4000 ps/rpm サイクル 4 気简 4 総排気量 2446 cc 燃焼室形式副室式燃料噴射装置（型式分配式）過給器の有無有（― 1個）袷気冷却器の有無 = =( 一個）

使用燃料軽油（比重 0. 8 )

〇試験装 g

シャシダイナモメータ株式会社小野測器製 ZA-0 18型排出ガス分析計式会社掘場製作所製 MEXA— 81 20D型

〇排出ガス試験

試験室内乾球温度 27. 0 27. 4 で試験開始時刻時 55 試験室内湿球温度 7. 6 _° - 6 V, 試験終了時刻時 20 分試験室内相対湿度 38 % 冷却水温度 80 〜 86 試験室内大気圧 54. 4 mmHg 潤滑油温度 10 8 X：

KH (NOx湿度捕正係数） ― 0. 964

◎備考

正規無負荷回転速度 700 P 噴射時期 BTDC 表 2は、表 1の平均排出濃度と、試験に用いた車種についての新車時届け出排出濃度とを比較した表である。

8

差替え用紙（規則 26) 表 2

(新車時の濃度は運輸省への届け出数値）表 2に示すように、本実施例の装置を装着した場合、一酸化炭素、炭化水素及ぴ窒素酸化物の排出濃度が届け出数値に比べて著しく低い。

図 8 (a) 及び図 8 (b) には、上記試験例と同一の自動車において、それぞれ実施例の燃焼改善装置 1 (面積当たり磁圧力 0. 213kg f/cm 、体積当たり磁圧力 0. 304kg fZcm³) を用いた場合と用いなかった場合について、排気ガスの黒煙の量を定性的に示す。図 8 (a) 及び図 8 (b) は、排気ガスの黒煙粒子をぺ一パ一フィルタ一にて捕集して得られたフィルタ一面をそのままコピー機にてコピーしたものである。試験の際、磁極間の磁極間燃料通路 3 における燃料の滞留時間が約 2秒となるような燃料流量に設定した。すなわち、そのような滞留時間が得られる回転数及び原動機負荷率を設定した。

実施例の装置を用いた場合（図 8 (a) ) には、黒煙量が非常に少ない。これに対して、用いなかった場合（図 8 (b) ) に多量の黒煙が捕集されている。図 9には、上記試験例と同一の自動車において、実施例のものより少し磁力の小さい永久磁石を用いた場合の燃焼改善装置（面積当たり磁圧力 0. 175kg f cm^, 体積当たり磁圧力 0. 250 kg f/cm³) を装着した場合について図 8と同様に示す。この場合、燃焼改善装置を用いなかった場合（図 8

(b) ) に比べて黒煙量が顕著に少ないが、図 8 (a) に示す実施例の場合よりはかなり多い。

これらの結果から、燃焼改善効果を得るためには、ある程度の強さの磁力が必要であることが知られる。必要な磁力は、面積当たり磁圧力において、 0. 15 kg fZcm²以上、好ましくは 0. 175 kg f Zcm²以上、より好ましくは 0. 20 kg f /cm²以上である。また、体積当たり磁圧力において、 0. 20kg f/cm³以上、好ましくは 0. 25kgf/cm³以上、より好ましくは 0. 29kg f /cm³以上である。

図 10〜12には、三菱自動車の K— FE211 C型車（エンジン形式 4 D 3 0、総排気量 3298 c c、副室式燃焼室）を用い、対向磁極間における燃料の滞留時間をそれぞれ 1秒、 1. 5秒及び 2秒とした場合の黒煙量について、黒煙捕集後のフィルタ一面を示す。図 10 (a) 、図 11 (a) 及び図 12 (a) は本実施例の燃焼改善装置を用いた場合の結果であり、図 10 (b) 、図 11

(b) 及び図 12 (b) は用いなかった場合の結果である。図 10〜12の結果から知られるように、対向磁極間における燃料の滞留時間が 1秒ではほとんど効果が見られず、 1. 5秒であっても顕著な効果は見られず、約 2秒で初めて際だった効果が見られる。したがって、必要な滞留時間は、 1. 5秒以上、好ましくは 1. 7秒以上、より好ましくは 1. 9秒以上と考えられる。

図 10〜12の結果を得た試験において、上記滞留時間の設定は、以下のような計算に基づき燃焼改善装置 1における磁極間燃料通路 3の長さの変更により行った。

図 2に示すように、本実施例の燃焼改善装置 1における磁極間の磁極間燃料通路 3の断面積は 4 Ommx 0. 7mm-2. 8 c m ²とみなすことができる。上記エンジンの最高回転数 3000 r pにおける燃料ポンプ 52の送油量は 30 c cZ秒であるので、滞留時間を 2秒に設定するために、磁極間燃料通路 3の長さを 2秒 X 30 cmu_ 秒 + 2. 8 cm² =約 22 cmとした。

図 13 (a) 及び図 13 (b) は、それぞれ、前述の燃焼改善装置 1を用いた実施例と用いなかった比較例とについての、負荷率 30%にて得られた指圧線図 (燃焼圧力線図）である。

試験に用いたエンジンは、 D65水冷横型ディーゼル機関（機関番号 8822、総排気量 353 c c) であり、 2400 r pmにおける常用出力が 4. 04KW (5. 5P S) であって、ボア Xストロークが 76 X 78、圧縮比が 25のものである。

0 試験に用いた動力計は、空冷過電流制動形であって腕の長さが 0 . 2 3 8 9 m、動力計係数が 4 O N · r p mZP Sのものである。

図 1 3 ( a ) の指圧波形（燃焼圧波形）が図 1 3 ( b ) の指圧波形よりも、幾分ピークがなだらかであることから、実施例の燃焼改善装置 1を用いた場合に燃焼状態がより良好であることが知られる。

図 1 3の指圧波形図について、図 1 4の模式的な指圧波形図を用いてさらに説明する。ここでは、実施例（図 1 3 ( a ) のもの）について実線で、比較例（図

1 3 ( b ) のもの）について破線で示している。図に示すように、実施例の指圧波形では、着火遅れ期間 A〜Bが比較例の Α〜Β ' に比べて短縮されているとともに、着火後の急激な圧力上昇が抑えられていることが知られる。

ディーゼルエンジンの燃焼は、着火遅れ期間が短ければ短いほど熱効率が良いとされる。また、着火後の圧力上昇が適度に緩和されるならば、ディーゼルノックゃ、過度に高温で燃焼することによる窒素酸化物の生成が抑制されることも知られている。

したがって、本発明の燃焼改善装置は、前述の排気ガス改善の効果のみならず、燃焼効率の向上や、ディーゼルノック抑制による騒音低減の効果をも持つものである。

本発明の燃焼改善装置がどのような機構で図 1 3〜 1 4に示すような燃焼の改善をもたらすかについては明らかでない。しかし、磁気そのものが燃料に作用して燃料を活性化することにより、または、対向配置された磁石が共鳴振動を起こし高周波振動により、燃焼室に噴射された燃料がより微粒子化しやすく気化しやすくなるといったことが考えられる。産業上の利用可能性ガソリンエンジン及ぴディーゼルエンジンの燃焼が改善され、特に、黒煙、窒素酸化物等の有害排出物の排出量が低減される。

ディーゼルエンジンにおいては、燃焼効率が向上するとともに、ディーゼルノックの低減により騒音の発生が抑えられる。

Claims

請求の範囲

1. 対向配置される磁極間に燃料通路を備え、燃料タンクからエンジンへの燃料供給経路に設置されるェンジン用燃焼改善装置において、

前記対向磁極間に作用する面積当たりの磁力が 0. l Skg fZcm 以上であり、

前記対向磁極間の距離は、この距離の減少に略比例してこれら対向磁極間の磁力が増加する範囲内であり、

燃料が前記対向磁極間を通過するのに要する時間が 1. 7秒以上であることを特徴とするエンジン用燃焼改善装置。

2. 対向配置される磁極間に燃料通路を備え、燃料タンクからエンジンへの燃料供給経路に設置されるエンジン用燃焼改善装置において、

前記対向磁極間の面積当たりの磁力を、これら対向磁極間の距離で割った量が、 0. 20 k g f Zcm 以上であり、

燃料が前記対向磁極間を通過するのに要する時間が 1. 7秒以上であることを特徴とするェンジン用燃焼改善装置。

3. 対向配置される磁極間に燃料通路を備え、燃料タンクからエンジンへの燃料供給経路に設置されるェンジン用燃焼改善装置において、

前記対向磁極間の面積当たりの磁力と、燃料が前記対向磁極間を通過する時間との積が、（0. 15kgfZcm²) (1. 7秒）以上であり、前記対向磁極間の距離は、この距離の減少に略比例してこれら対向磁極間の磁力が増加する範囲内である

ことを特徴とするエンジン用燃焼改善装置。

4. 請求項 1又は 2に記載のェンジン用燃焼改善装置において、燃料流出口が前記燃料通路に対して略平行の壁に設けられ、この流出口が最上部になるように配置されることを特徴とするェンジン用燃焼改善装置。

5. 燃料タンクからエンジンへと燃料を供給する際に、近接して対向配置される磁極間の間隙を通過させ、

前記対向磁極間に作用する面積当たりの磁力を 0. 15kgf Zcm²以上とし、

燃料が前記対向磁極間を通過する時間を 1. 7秒以上とする

ことを特徴とするェンジン用燃焼改善方法。