专利名称：燃料改性装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及燃料改性装置，特别涉及对汽车和船舶的汽油发动机及柴油发动机等的内燃机用燃料、以及锅炉燃烧室等的外燃机用燃料进行改性的燃料改性装置。
背景技术：
对于内燃机及外燃机，例如汽车等的内燃机，希望降低二氧化碳及氮氧化物、排气烟等(称为黑烟或颗粒物)，并改善燃料消耗率(又称燃费)。为满足这些需要，在改善内燃机及外燃机自身的燃烧功率的同时，要对所使用的燃料进行有效改性。
作为已知的对燃料进行改性的装置，是将碳棒及包围其外周的盘旋管设置在盘旋成螺旋状的燃料管螺旋内部，将盘旋管的两端连接在燃料管的两端，同时，将金属、矿物及氧化物的粉末填充在燃料管与壳体内壁之间，并由硅树脂凝固(特开平10-77483号公报)。
该特开平10-77483号公报中记载用某种乘用车进行试验时，燃料消耗量改善46％，排气中的NOx的排出量减少40％，HC减少58％，CO减少50％，但车的种类、试验条件没有专门限定，并且，完全没有对排气烟进行记载。
一般情况下，特别是对氮氧化物(NOx)的排出量及排气烟的量来说，具有互换关系，但至今还没有使两者均降低的燃烧方法及燃料改性方法。所以，可以预想，在上述特开平10-77483号公报所公开的装置中，尤其是会增大排气烟浓度。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种燃料改性装置，它能大幅度地降低具有互换关系的排气烟及氮氧化物，并能使二氧化碳等其它成分减少，而且还可以改善燃料消耗率的。
为了实现上述目的，本发明的燃料改性装置特征在于具有燃料导入管、燃料往路管、流动方向折回管、燃料回路管、燃料导出管；燃料往路管连通到燃料导入管上，并被盘绕成朝向第一方向呈螺旋状，且其螺旋直径逐渐减小；流动方向折回管使流过燃料往路管内的燃料的流动方向从所述第一方向折回到与该第一方向相反的第二方向；燃料回路管连通到该流动方向折回管上，并被盘绕成沿着所述第二方向其盘绕方向与所述燃料往路管相反的螺旋状，且其螺旋直径逐渐增大；燃料导出管连通到燃料回路管上；在所述燃料往路管、流动方向折回管及燃料回路管的周围配置有含硅化合物的填充物。
上述填充物是由二氧化硅等硅化合物或其它物质与其的混合物组成的，可以是形成易于充填的粉末状。
至少所述燃料往路管及燃料回路管是由铜或铜系(例如黄铜)材料构成的。
并且，燃料往路管及燃料回路管基本上是在相同的位置被盘绕成螺旋状的。例如，燃料回路管在盘绕成螺旋状燃料往路管的内侧被盘绕成螺旋状。
另外，在本发明的燃料改性装置中，燃料往路管与燃料回路管的盘绕方向相反。特别是优选燃料往路管沿第一方向顺时针地盘绕成的螺旋状，燃料回路管沿第二方向反时针地盘绕成螺旋状。
该燃料往路管的盘数与燃料回路管的盘数比可以是8±0.5∶5±0.5、13±0.5∶6±0.5、27±0.5∶9±0.5之一。其中最好精确为8∶5、13∶6或27∶9之一。
燃料往路管被盘绕成朝向第一方向的螺旋直径逐渐减小，燃料回路管被盘绕成朝向第二方向的螺旋直径逐渐增大，因此，其整体分别被盘绕成近圆锥状。在该圆锥状的盘绕中，盘绕成圆锥状的顶点位置可以与圆锥的底面中心位置偏心。特别地，上述圆锥的纵断面形状可以是沿着直角三角形形成的形状，其中直角三角形尺寸比最好为 另外，上述流动方向折回管可以由单方向的反折管构成，但部分流动方向折回管的流动通路是由水晶构成的。由于流动通路由水晶构成，可以使燃料从燃料往路管流至燃料回路管时产生燃料与水晶的接触反应，因此可以更进一步提高燃料改性的效果。
一系列燃料管被容纳在筒体中，该筒体内可以填充上述填充物。筒体的形成没有特别的限定，但横断面为多角形，例如可以是横断面为六角形的筒体。
这种燃料改性装置特别适用于内燃机用燃料的改性。内燃机并没有特别的限定，汽油发动机或柴油发动机二者都适用。该发动机不仅适用于汽车，也适用于船舶用的其它内燃机。另外，本发明的燃料改性装置不仅适用于使用汽油、煤油、轻油、重油等的内燃机，也适用于锅炉用燃烧室等外燃机用燃料的改性。
在上述的本发明的燃料改性装置中，该燃料改性装置设置在燃料箱与燃烧发动机之间，来自燃料箱的燃料只简单地通过燃料改性装置就可以使燃料改性，以降低二氧化碳排出量并改善燃料消耗率。特别地，如下文的实施例所述，出乎意料的是，对于被认为具有互换关系的排气烟及氮氧化物来说，可以大幅度地降低氮氧化物的排出量，并切实地将排气烟的量降到零。
附图的简单说明
图1是本发明第一种实施形式的燃料改性装置透视图；图2是图1装置的平面图；图3是图1装置的燃料往路管及其周围的侧面图；图4是图1的装置的回路及其周围的侧面图；图5是表示螺旋状燃料管整体近呈圆锥状的一实例三角形；图6是本发明第二种实施形式的燃料改性装置主要部分侧面图；图7是从图6装置转90度的位置看到的侧面图；图8是图6装置的水晶安装部放大断面图；图9是表示试验方法的简图；图10是在满载车辆上装载本发明第二种实施形式的燃料改性装置进行试验时黑烟浓度随时间变化的特性图；图11A及11B是用本发明第二种实施形式的燃料改性装置对燃料进行改性时改性前与改性后燃料的脂肪族饱和烃的色谱。
图12是吸收光谱图，用本发明第二种实施形式的燃料改性装置，把燃料改性时改性前与改性后具有辛烷燃料稀释100倍稀释溶液双键化合物作为测定对象。
图13是吸收光谱图，用本发明第二种实施形式的燃料改性装置，把燃料改性时改性前与改性后具有辛烷燃料稀释1000倍稀释溶液的芳香族化合物为测定对象。
发明的最佳实施形式以下，将参照附图对本发明的最佳实施形式进行说明。
图1-图5示出了本发明第一种实施形式的燃料改性装置。在图1和2中，1表示燃料改性装置整体。燃料改性装置1具有导入燃料的燃料导入管2以及导出由燃料改性装置1改性燃料的燃料导出管3。燃料导入管2与燃料往路管4相连并连通。燃料往路管4被盘绕成朝向第一方向A呈螺旋状且螺旋直径逐渐减小。
在燃料往路管4与燃料导入管2对侧的端部，连接并连通有流动方向折回管5。流动方向折回管5使流过燃料往路管4内的燃料的流动方向从第一方向A折回到与该第一方向A相反的第二方向B。
在流动方向折回管5与燃料往路管4对侧的端部，连接并连通有燃料回路管6。沿着朝向第二方向B，燃料回路管6被盘绕成其盘绕方向与燃料往路管4相反的螺旋状且其螺旋直径逐渐增大。在本发明的实施例中，燃料回路管6实际上与螺旋状的燃料往路管4配置在相同的位置，且在燃料往路管4的内侧盘绕成螺旋状。在该燃料回路管6与流动方向折回管5对侧的端部，连接并连通有燃料导出管3。
燃料往路管4与燃料回路管6如图3和图4所示，整体成近圆锥盘绕成螺旋状。并且，分别盘绕成各圆锥顶点位置偏离圆锥底面中心位置的形式。
朝着该偏心圆锥形状进行螺旋状盘绕，可以通过沿着例如形成预定形状的工具盘绕各燃料管而实现。在本实施例中，如图5所示，沿着直角三角形的形状，特别是沿着尺寸比为 的直角三角形形状，进行偏心圆锥形状的螺旋状盘绕。
另外，在本实施例中，燃料往路管4沿第一方向A盘绕成顺时针的螺旋状。而燃料回路管6沿第二方向B盘绕成反时针的螺旋状。
此外，在本实施例中，燃料往路管4的盘绕数设定成8、燃料回路管6的盘绕数设定成5。就其盘绕数来说，进行种种试验的结果表明燃料往路管的盘绕数与燃料回路管的盘绕数之比为上述的8∶5时效果最好，从而确定成该比率。所以，根据这种实验结果，可以说燃料往路管与燃料回路管的盘绕数之比在8±0.5∶5±0.5范围内。另外，同样的其它试验结果表明，燃料往路管与燃料回路管的盘绕数之比可以在13±0.5∶6±0.5、27±0.5∶9±0.5的范围内。
形成上述燃料流动通路管道的材质、尤其是至少燃料往路管4与燃料回路管6的材质由铜或铜系材料构成时，根据试验结果，可以获得较大的燃料改性效果。试验时以使用铜管为主。用铜管可以得到较佳效果的理由还不能很严密地解释清楚，但是，至少用铁系材料不会获得用铜管的效果，因此，可以考虑使用铜或铜系材料(例如黄铜)。
上述结构的燃料改性装置1本体部如图1、图2所示，容纳在筒体7内。并且，在筒体7内填充含硅化合物的填充物8，至少在燃料往路管4、流动方向折回管5、燃料回路管6的周围配备有填充物8。
在这种实施形式中，筒体7是横断面为多角形特别是六角形的筒体。在这种六角形筒体7的外侧设有圆筒形壳体9，整体构成双重筒结构。通过构成双重筒结构，在保护内侧筒体7的同时也确保了其强度。另外，因构成内筒筒体7的横断面形状为六角形，可以使配置在其内部的燃料管4、6的姿式稳定。
在本实施形式中，填充物8以粉末状填充到筒体7内。该填充物8可以是全部为硅化合物，也可以是硅化合物与其它物质的混合物。填充物8由例如二氧化硅粉末、陶瓷粉末等构成。
图1中的10表示用于固定壳体9的撑杆，燃料改性装置1通过撑杆10安装到适当的外部固定部。
图6-图8示出了本发明第二种实施形式的燃料改性装置11的主要部分。筒体7、填充物8、壳体9、撑杆10等构造以前述第一种实施形式的为基准，因而省略其图示。
在该第二种实施形式的燃料改性装置11中，流动方向折回管12的流动通路的一部分由水晶形成。流动方向折回管12是在横断面呈六角形的黄铜制柱状体13内设置折回流动通路14，加工用孔部分由塞15封闭。本实施形式中，水晶体16由弹簧17在施加弹性力的状态下固定在形成U字状的折回流动通路14的U字底部。
这样，在流动方向折回管12的部分流动通路由水晶形成的燃料改性装置11中，其水晶形成部可使水晶与燃料的接触产生反应，使燃料改性。特别是如后述的试验结果所示出的，与没有水晶体16的场合相比，在有水晶时可使内燃机的输出功率增加。
为了调查如上构成的本发明的燃料改性装置的性能，进行了以下试验。试验如图9所示，在燃料箱21与汽车发动机22之间，设置了前述燃料改性装置中具有水晶的燃料改性装置11，它们之间由管道23、24进行连接。
试验1使用满载车及装载在满载车上的发动机，专门对排气烟浓度、二氧化碳排出量、氮化物排出量、燃料消耗率等进行计量。试验用计量装置如下所述。
底盘测力计(シヤシダィナモメ一タ)(株式会社)明电舍制造CHDY-9052排出气体分析装置 (株式会社)光洋精工制造ALK-5200GD排出气体定容量提取装置 (株式会社)堀厂制作所制造CVS-9300燃料流量检测器 (株式会社)小野测器制造 FP-2240H燃料流量积分仪 (株式会社)小野测器制造 DF-2420试验条件为日产汽车(株式会社)制造、汽车种类阿贝尼尔(ァベニ一ル )、型号KH-SW11、装载发动机CD20(柴油发动机)4AT、总排气量1973cc、总行驶距离34,000km。燃料使用轻油。结果由表1显示。比较例1显示未安装燃料改性装置11情况的结果，实施例1显示安装燃料改性装置情况的结果。
另外，排气烟浓度的测定使用排气烟浓度测定装置((株式会社)司测研制、GSM-2型)，并对发动机转数为5100rpm、5096rpm、5098rpm的三次测定的平均污染度进行测定。另外，燃料消耗率由柴油10·15模式进行测定。
如表1所示，安装本发明的燃料改性装置(实施例1)与未安装时相比，可以大幅度地降低被认为具有互换关系氮氧化物的排出量(-33.30％)，还可出人意料地使排气烟浓度(黑烟浓度)降为0％(-100％)。与此同时，虽然HC几乎未得到改善，但是CO却可以大幅度降低-10.60％，CO2也可以大幅度降低-16.40％。而且，燃料消耗率也能改善3.50％。
试验2-4与试验1相同，对于下述的汽车种类，特别是燃料消耗率的改善效果是在60km/小时的定地行驶条件下进行确认的。
(试验2)日产汽车(株式会社)制造、汽车种类巴尼特(バネツト)、发动机R2(柴油发动机)、总排气量2200cc、总行驶距离53,800km。
(试验3)日产汽车(株式会社)制造、汽车种类豪迈(ホ一ミ一)、发动机TD27(柴油发动机)、总排气量2700cc、总行驶距离86,000km。
(试验3)日产汽车(株式会社)制造、汽车种类卡拉巴(キヤラバン)、发动机TD27(柴油发动机)、总排气量2700cc、总行驶距离67,400km。
其结果，燃料消耗率在各试验中得到改善，在试验2中是2.70％，在试验3中是4.20％，在试验4中是5.30％。
试验5上述各试验是针对柴油发动机进行的，但即使用汽油发动机也是有效果的，试验5对此进行了确认。试验车种类为日产汽车(株式会社)制造的“温克劳特(ゥィングロ一ド)”、发动机GA15DE(汽油发动机)、排气量1500cc、总行驶距离59,625km，燃料用标准汽油进行试验。因此，通过安装本发明的燃料改性装置，在负荷为9.4PS的条件下，60km/h定地行驶的燃料消耗率可以改善1.64％，在负荷为17.2PS的条件下，80km/h定地行驶的燃料消耗率可以改善5.9％。
试验6针对使用前述水晶的燃料改性装置11，将使用水晶的情况与不使用水晶的情况进行比较，确认使用水晶的效果。试验车种类选用日产汽车(株式会社)制造的“AD巴(ADバン)”、发动机CD17(柴油发动机)、排气量1700cc、总行驶距离150,000km，并用输出功率评价效果。
首先，安装不用水晶的本发明燃料改性装置并进行试验，输出由40PS大幅度提高到52PS。然后，安装使用水晶的燃料改性装置，可以使输出提高到54PS。由于与水晶的接触反应，可以判断燃料会得到进一步的改性。
此外，为了调查本发明的燃料改性装置的性能，将图6所示的本发明的第二种实施形式的燃料改性装置11装载在满载汽车上，然后研究燃料改性效果随时间的变化。
试验7试验车种类选用日产汽车(株式会社)制造“赛勒那(セレナ)”、发动机CD20(柴油发动机)、排气量2000cc、总行驶距离210,000km，并用黑烟浓度(排气烟浓度)评价效果。排气烟浓度的测定与试验1相同，使用排气烟浓度测定装置((株式会社)司测研制、GSM-2型)，发动机转数为5100rpm、5096rpm、5098rpm的3次测定的平均污染度进行测定。试验是从1999年10月13日至2000年10月30日进行的，并在1999年11月6目安装上述本发明的燃料改性装置，在该状态下，直到2000年10月30日，约一年的时间内对黑烟浓度的变化进行了测定。
试验结果在图10中示出。如图10所示，安装本发明的燃料改性装置后，整体上看黑烟浓度逐渐降低，可以确认，具有明显的燃料改性效果。另外，在所经过的时间内，中途出现暂时的黑烟浓度增加，这被认为是由于本试验车种类总行驶距离较大，发动机内污染程度也会相当大之故，利用燃料改性效果来洗净发动机内部并排出附着的劣化物质，因此，黑烟浓度会增加。不过从大约一年的测定中，总体来看，随时间的变化明显减小了黑烟浓度，因此可以确认燃料改性具有明确的效果。
下面，研究利用本发明的燃料改性装置可以对哪些燃料进行改性。
试验8作为试验燃料，使用柴油发动机用轻油(日石三菱(株式会社)制造)，在利用本发明前述第二种实施形式的燃料改性装置对燃料进行改性时，用色谱分离法对改性前与改性后的燃料脂肪族饱和烃的分布进行测定。即，进行确认脂肪族饱和烃量之差的测定，用峰值面积值(pA)对燃料改性前和改性后进行比较。在测定时，C9H20设为1，求出相对于碳元素数不同的各烃C9H20的比率。结果在表2及图11中示出。图11A表示改性前、图11B表示改性后。
表2
一般来说，在上述碳元素数不同的各烃中，碳元素数13-18的烃最适于柴油发动机，燃烧较好。由表2及图11可以看出，该碳元素数处于13-18范围的烃都出现增量，有效地对燃料进行了改性。
试验9另外，使用与试验8相同的燃料，可以通过改性前后吸收光谱的测定确认燃料的改性。测定结果在图12及图13中示出。图12示出了使用本发明第二种实施形式的燃料改性装置对上述燃料进行改性时改性前与改性后的燃料吸收光谱，并示出在用辛烷将燃料稀释100倍的这种稀释溶液中、特别是以双键化合物为测定对象的情况下的吸收光谱。实线表示改性后的特性，点划线表示改性前的特性。另外，图13示出利用本发明的第二种实施形式的燃料改性装置使燃料改性时改性前与改性后燃料的吸收光谱，并示出在用辛烷将燃料稀释100倍的这种稀释溶液中、特别是以芳香族化合物为测定对象的吸收光谱。实线表示改性后的特性，点划线表示改性前的特性。图12、图13表明在燃料改性前与改性后，所含的双键化合物及芳香族化合物状态的变化。这些特性的变化表明了使用本发明装置的燃料改性效果。
此外，上述的各试验虽然是针对汽车发动机及其燃料进行的，但就发动机的基本构造来说，在其它用途中也是相同的，例如用于船舶中，因此，即使其它用途的发动机及其所用燃料也可以获得同样的效果。
利用本发明的燃料改性装置，可以大幅度地降低排气烟及氮化物，也可以降低二氧化碳等其它成分，而且还可以改善使用改性燃料的发动机的燃料消耗率及输出。
工业利用的可行性本发明的燃料改性装置，对各种内燃机及外燃机用燃料的改性都是有效的，由于利用燃料改性既可以大幅度降低排气烟及氮氧化物，也可以降低二氧化碳等其它成分，因此，使大气环境得到改善。另外，通过使用改性燃料，也可以改善发动机的燃料消耗率及输出。
权利要求
1.一种燃料改性装置，其特征在于该装置具有燃料导入管、燃料往路管、流动方向折回管、燃料回路管和燃料导出管；燃料往路管与燃料导入管连通并被盘绕成朝向第一方向呈螺旋状且螺旋直径逐渐减小；流动方向折回管使流过燃料往路管内的燃料的流动方向从所述第一方向折回到与该第一方向相反的第二方向；燃料回路管与该流动方向折回管连通，且被盘绕成沿着所述第二方向其盘绕方向与所述燃料往路管相反的螺旋状且其螺旋直径逐渐增大；燃料导出管连通到燃料回路管上；所述燃料往路管、流动方向折回管及燃料回路管的周围配置有含硅化合物的填充物。
2.如权利要求1所述的燃料改性装置，其特征在于所述填充物被制成粉末。
3.如权利要求1所述的燃料改性装置，其特征在于至少所述燃料往路管及燃料回路管由铜或铜系材料构成。
4.如权利要求1所述的燃料改性装置，其特征在于所述燃料回路管在被盘绕成螺旋状的所述燃料往路管的内侧被盘绕成螺旋状。
5.如权利要求1所述的燃料改性装置，其特征在于所述燃料往路管沿第一方向顺时针地盘绕成螺旋状，所述燃料回路管沿第二方向反时针地盘绕成螺旋状。
6.如权利要求1所述的燃料改性装置，其特征在于所述燃料往路管的盘绕数与燃料回路管的盘绕数比为8±0.5∶5±0.5、13±0.5∶6±0.5、27±0.5∶9±0.5中之一。
7.如权利要求1所述的燃料改性装置，其特征在于所述然料往路管与燃料回路管分别被盘绕成整体近圆锥状，且其圆锥状顶点位置偏离圆锥底面中心位置。
8.如权利要求7所述的燃料改性装置，其特征在于所述圆锥的纵断面形状是按直角三角形形成其形状的。
9.如权利要求8所述的燃料改性装置，其特征在于所述直角三角形尺寸比为
10.如权利要求1所述的燃料改性装置，其特征在于所述流动方向折回管的流动通路的一部分是由水晶形成的。
11.如权利要求1所述的燃料改性装置，其特征在于横断面被容纳在多角形筒体中。
12.如权利要求1所述的燃料改性装置，该装置适用于内燃机用燃料或外燃机用燃料的改性。
全文摘要
本发明涉及一种燃料改性装置,该装置具有:燃料导入管、燃料往路管、流动方向折回管、燃料回路管、燃料导出管;燃料往路管与燃料导入管连通并被盘绕成朝向第一方向呈螺旋状且螺旋直径逐渐减小;流动方向折回管使流过燃料往路管内的燃料的流动方向从所述第一方向折回到与该第一方向相反的第二方向;燃料回路管与该流动方向折回管连通,且被盘绕成沿着所述第二方向其盘绕方向与所述燃料往路管相反的螺旋状且其螺旋直径逐渐增大;燃料导出管连通到燃料回路管上,所述燃料往路管、流动方向折回管及燃料回路管的周围配置有含硅化合物的填充物。利用本发明的燃料改性装置,可以大幅度地降低排气烟及氮化物,也可以降低二氧化碳等其它成分,而且使用改性的燃料还可以改善发动机的燃料消耗率及输出。
文档编号F02M27/00GK1365426SQ01800651
公开日2002年8月21日 申请日期2001年3月30日 优先权日2000年4月3日
发明者山口辉恭 申请人:株式会社日之丸商会