DE60110376T2

DE60110376T2 - Vorrichtung und verfahren zur optimierung der verbrennung von kohlenwasserstoffen

Info

Publication number: DE60110376T2
Application number: DE60110376T
Authority: DE
Inventors: Angelo Porcaro
Original assignee: WHITE ENERGY Srl
Current assignee: WHITE ENERGY Srl
Priority date: 2000-02-09
Filing date: 2001-02-06
Publication date: 2006-03-02
Anticipated expiration: 2021-02-07
Also published as: ITUD20000026A1; CA2399127C; DE60110376D1; ATE294358T1; CA2399127A1; WO2001059368A1; EP1255951A1; US20030036027A1; AU2001228746A1; MXPA02007774A; OA12216A; US6802706B2; ES2243522T3; PT1255951E; EP1255951B1; JP2003522886A; IT1314789B1; DK1255951T3

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung und das dazugehörige Verfahren zum Optimieren der Verbrennung von Kohlenwasserstoffen im Allgemeinen und insbesondere denjenigen, die als Brennstoff in Verbrennungsmotoren verwendet werden, sowohl Otto-Motoren als auch Dieselmotoren, und in Brennern für Heizsysteme oder andere Anlagen.
Die Vorrichtung und das Verfahren gemäß der Erfindung erhöhen den Prozentsatz von tatsächlich verbranntem Brennstoff und erzielen eine daraus folgende Reduzierung des Reststoffs, der aus den Auspuffrohren des Motors oder aus dem mit dem Brenner verbundenen Kamin ausgestoßen wird. Daher wird eine größere Energie-Ausbeute und eine drastische Reduzierung der durch Verbrennung erzeugten Luftverschmutzung erzielt.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Es ist bekannt, dass Flüssigkeiten im Allgemeinen und Kohlenwasserstoffe im Besonderen aus Molekülen bestehen, die positive Ladungen und negative Ladungen enthalten, die dazu neigen, einander zu polarisieren, das heißt, sie verteilen sich selbst in einer geordneten Weise, wobei jeder Pol durch Anziehungskraft mit dem entgegengesetzten Pol des nächsten Moleküls verbunden ist, so dass ein natürliches Phänomen von Oberflächenspannung vorliegt.
Es ist ebenfalls bekannt, dass, wenn keine äußere Kraft auf eine Flüssigkeit angewendet wird, die aus polarisierten Molekülen ausgebildet wird, dann eben wegen der Oberflächenspannung die Flüssigkeit dazu neigt, sich nicht unter ein Mindestmaß zu teilen und kleine, im Wesentlichen kugelförmige Tropfen zu bilden, da dies die Form mit dem geringsten Energiegehalt ist.
Wenn Kohlenwasserstoffe als Brennstoff verwendet werden, verhindert die Oberflächenspannung in jedem einzelnen Tropfen, dass sich der Sauerstoff vollständig und in optimaler Weise mit den Kohlenstoffteilen am tiefsten Teil der Tropfen verbindet; daher nehmen einige der Letzteren nicht an dem Verbrennungsprozess teil, oder aber sie verbrennen schlecht auf Grund des Sauerstoffmangels.
Es ist auch seit langem bekannt, wie sich Verbrennungsmotoren verhalten – sowohl Otto-Motoren, die Benzin verwenden, als auch Dieselmotoren, die Dieseltreibstoff verwenden – bei denen der Brennstoff in jeden Zylinder mittels eines Einspritzsystems eingespritzt wird, direkt bevor der nach oben gerichtete Kompressionshub des jeweiligen Kolbens beendet ist.
Sowohl in die Verbrennungsmotoren als auch in die Brenner wird der Brennstoff in Form von einem oder mehreren Strahlen durch Löcher oder Düsen eingespritzt, er teilt sich in kleine Tropfen und dringt in die Verbrennungskammer ein, wobei er sich mit der Luft vermischt, die wiederum unter einem bestimmten Druck und einer bestimmten Temperatur eingeführt wird.
Daher liegt eine schnelle Verbrennung des Brennstoff-Luft-Gemischs vor, die entweder verursacht durch eine kontrollierte Zündung, wie bei Benzinmotoren, oder spontan auf Grund des hohen Drucks des Gemischs selbst eintritt, wie bei Dieselmotoren.
Einer der Nachteile der bekannten Systeme besteht darin, dass nicht der gesamte mit der Luft vermischte und in die Verbrennungskammer eingeführte Brennstoff verbrannt wird, so dass ein Teil seiner Energie – der sogar beträchtlich sein kann – nicht genutzt wird, sondern von dem Motor oder dem Brenner durch das Auspuffrohr oder entsprechend den Kamin ausgestoßen wird. Dies hat sehr schädliche Auswirkungen auf die äußere Umgebung, die verschmutzt wird, und auch auf die Energiekosten im Allgemeinen, wenn man die Kosten der Kohlenwasserstoffe berücksichtigt.
Der Stand der Technik umfasst unter anderem die Dokumente EP-A-0652362, EP-A-0894969, US-A-3,830.621, US-A-3,943,407, US-A-3,976,726 und US-A-5,331,807.
Um genauer zu sein beschreibt EP-A-0652362 eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Reduzieren des Verbrauchs von fossilem Brennstoff gemäß dem Oberbegriff jeweils der Ansprüche 1 und 12. In dieser bekannten Vorrichtung und dem Verfahren wird ein Mag netfeld verwendet, das durch einen Generator von rechtwinkligen Impulsen mit einer Frequenz von zwischen 10 und 200 Hz erzeugt wird.
EP-A-0894969 beschreibt eine Vorrichtung, in der die Frequenz der Impulse, die das Magnetfeld erzeugen, zwischen 1.000 und 5.000 Hz liegt.
US-A-3,976,726 beschreibt eine Vorrichtung zum Aktivieren des Brennstoffs, in der eine Spule, die mit dem Brennstoff-Zuführrohr verbunden ist, eine Frequenz in einem Bereich von 16 – 42 MHz erzeugt.
Der vorliegende Anmelder hat diese Erfindung entwickelt, getestet und ausgeführt, um diesen Nachteilen abzuhelfen und weitere Vorteile zu erzielen.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung ist in den Nebenansprüchen dargelegt und gekennzeichnet, während die Unteransprüche andere innovative Merkmale der Erfindung beschreiben.
Der Hauptzweck der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu erhalten, welche die Verbrennung von Kohlenwasserstoffen optimieren und die es ermöglichen, dass die gesamte Menge von Brennstoff, die in einen Motor oder einen Brenner eingeführt wird, auch die innersten Teile jedes einzelnen Tropfens, ihre innere Energie abgeben kann.
In Übereinstimmung mit diesem Zweck verwenden die Vorrichtung und das Verfahren gemäß der Erfindung ein Magnetfeld des pulsierenden Typs, das in Verbindung mit dem Brennstoff-Zuführrohr erzeugt wird. Das Magnetfeld kann Schwingungen in die einzelnen Brennstofftropfen induzieren, welche die Oberflächen- oder Außenhautspannung in den Tropfen reduzieren.
Auf diese Weise werden die Brennstofftropfen nicht nur aufgerührt und vermischen sich daher leichter mit dem Sauerstoffträger, sondern jeder von ihnen wird auch aufgebrochen und in winzige Teile fraktioniert. Jeder Mikrotropfen bzw. Bruchteil eines Tropfens kann somit vollständig mit dem Sauerstoff zusammenwirken und sich damit vereinigen und vollständig verbrennen, seine gesamte Energie abgeben und nicht unverbrannt bleiben.
Das Schwingungsphänomen, ein Merkmal des Magnetfelds, wirkt sich auch auf das Verhalten der Atome und die typischen Frequenzen der Kreisbahnen der Elektronen aus, beispielsweise des Kohlenstoffs, der in dem Kohlenwasserstoff enthalten ist, die auf einer innersten Ebene leichter in Verbindung mit denjenigen des Sauerstoffs treten, wodurch das Phänomen der Oxidminderung während des Verbrennungsschritts begünstigt wird.
Das Magnetfeld wird durch das Hindurchfließen eines regelbaren Stroms durch eine Solenoidspule erzeugt, die mit dem Rohr verbunden ist, durch das der Brennstoff fließt. Das Magnetfeld wirkt auf die Moleküle des Brennstoffs, wodurch sie für die Verbrennung reaktionsfähiger gemacht werden.
Ein Prozentsatz von Molekülen in dem Brennstoff wirkt als ein Katalysator für die Reaktion, wodurch der Entflammbarkeitsbereich des Brennstoff-Luft-Gemischs erweitert wird. Dies ermöglicht beispielsweise bei Dieselmotoren die Selbstzündung eines vorgegebenen Gemischs bei einer niedrigeren Temperatur und niedrigerem Druck, mit dem daraus folgenden Ergebnis, dass der Motor bei gleichem Verbrauch eine bessere Leistung liefert; oder es ermöglicht Selbstzündung bei vorgegebener Temperatur und vorgegebenem Druck mit geringeren Brennstoff-Konzentrationen mit dem Ergebnis, dass der Motor bei gleicher Leistung weniger Brennstoff verbraucht.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann die Funktionsweise des Motors, auf dem sie installiert ist, positiv so beeinflussen, als ob im Fall eines Dieselmotors dem Motor selbst ein Brennstoff mit einer höheren Cetanzahl zugeführt würde. Durch die reduzierte Zündverzögerung und die sorgfältigere Verbrennungskontrolle wird der Motor feiner eingestellt und läuft weniger unrund.
Des Weiteren, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung angewendet wird, wird eine längere Dauer des Verbrennungsschritts mit einem kontrollierten Gemisch und eine sich daraus ergebende Reduzierung der Partikelbildung erzielt, da der Brennstoff in der Ver brennungskammer nicht in fetteren Bereichen in der Strahlmenge stockt, in denen sich typischerweise Partikel bilden, sondern für die Verbrennung verfügbar gemacht wird.
Bei Motoren, in denen die erfindungsgemäße Vorrichtung installiert ist, wobei die gleiche Leistung geliefert wird, ist es möglich, die zugeführte Brennstoffmenge zu reduzieren mit dem Vorteil eines reduzierten Verbrauchs.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung wird das Magnetfeld durch ein Signal mit einer modulierten Amplitude erzeugt. Genauer gesagt erzeugt eine elektrische Schaltung einen Träger mit einer Frequenz zwischen 1 und 30 MHz, vorteilhafterweise ungefähr 20 MHz, der dann zwischen einem Wert von Null und einem definierten Wert V₁ von einigen Volt, vorzugsweise von 6 bis 12 V, amplitudenmoduliert wird, um so Bündel von Impulsen mit einer modulierenden Frequenz zwischen 50 und 1.000 Hz zu erzeugen.
Die Erfindung sieht vor, dass auf das Zuführrohr für den Sauerstoffträger ebenfalls durch Funkwellen des pulsierenden Typs eingewirkt wird: sie werden durch eine geeignete Antenne erzeugt und liegen in Form von Bündeln von Impulsen vor, die das Magnetfeld erzeugen, das dem Brennstoff-Zuführrohr zugeordnet ist. Die Funkwellen können auch das vorher erwähnte Magnetfeld positiv beeinflussen, indem sie damit wechselseitig zusammenwirken.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und andere Merkmale der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform, die als nicht-einschränkendes Beispiel angegeben ist, unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen im Anhang hervor:
1 ist eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
2 ist eine schematische Ansicht der elektrischen Schaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
3 ist ein schematisches Diagramm einiger Signale der in 2 gezeigten elektrischen Schaltung;
4 ist eine schematische Ansicht der Entwicklung der Kohlenwasserstoff-Moleküle in dem Magnetfeld, das durch die in 2 gezeigte Schaltung erzeugt wird;
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Unter Bezugnahme auf 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10 auf einen Verbrennungsmotor 11 angewendet dargestellt, der mindestens eine Verbrennungskammer 12 aufweist, in die ein Brennstoff, der aus einem Kohlenwasserstoff besteht, wie beispielsweise Benzin, Diesel-Treibstoff oder anderes, und jeweils ein Sauerstoffträger, beispielsweise Luft, durch Zuführrohre 13 und 15 eingeführt werden können.
Sowohl der Brennstoff als auch der Sauerstoffträger können in die Verbrennungskammer 12 mittels beliebiger herkömmlicher Einrichtungen eingeführt werden, wie beispielsweise Einspritzventile, Mischer, Vergaser oder anderweitig, und der Fluss wird durch geeignete Ventile geregelt, die in den Zeichnungen nicht dargestellt sind.
Das Brennstoff-Luft-Gemisch in der Verbrennungskammer 12 kann auch durch beliebige herkömmliche Einrichtungen gezündet werden.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung umfasst die Vorrichtung 10 eine erste Solenoidspule 20, die um das Rohr 13 herumgewickelt und mit den Anschlüssen 21 und 22 einer elektrischen Schaltung 23 (1 und 2) verbunden werden kann, die an die Stromversorgung 25 des Motors 11 angeschlossen ist, die beispielsweise aus einer Batterie oder einem Stromerzeuger, ebenfalls von herkömmlichem Typ, besteht.
Eine zweite Spule 26 kann in einer Zylinderspule um das Luft-Zuführrohr 15 herumgewickelt werden. Die Spule 26 weist ein Ende auf, das parallel zu der Spule 20 angeschlossen ist, und ein freies Ende, um damit gewissermaßen eine Sendeantenne auszubilden.
Die Schaltung 23 umfasst einen Oszillator 27, der ein Signal OS erzeugen kann (3), das aus einem Träger mit einer Frequenz zwischen 1 und 30 MHz, vorzugsweise ungefähr 20 MHz, besteht, die zwischen einem Wert von Null und einem definierten Wert V₁ von einigen Volt, beispielsweise von 6 bis 20, amplitudenmoduliert wird, um so Bündel von Impulsen mit einer relativ niedrigen modulierenden Frequenz in dem Bereich von 50 – 1.000 Hz, vorzugsweise 1.000 Hz zu erzeugen
Der Oszillator 27 ist mit der Spule 20 über einen Leistungsverstärker oder eine Leistungsschaltung 29 verbunden, die entsprechend dem Tastverhältnis der Bündel von Impulsen des Signals OS ein Stromsignal IP erzeugt, das im Wesentlichen eine dreieckige Form aufweist.
2. zeigt ein Beispiel einer Ausführungsform der Schaltung 23, aus der ersichtlich ist, dass der Oszillator 27 aus Verknüpfungsgliedern (logical doors) 30, Widerständen R und Kondensatoren C besteht, die in geeigneter Weise miteinander verbunden sind.
Das Signal IP verursacht, dass ein pulsierendes Magnetfeld in der Spule 20 erzeugt wird, wobei dieses Feld mit dem Fluss von Brennstofftropfen in wechselseitiger Wirkung steht, die in dem Brennstoff-Zuführrohr 13 (4) vorbeifließen.
Wenn das pulsierende Magnetfeld die Brennstofftropfen beeinflusst, reduziert es in jedem die Außenhautspannung, wodurch sie in eine Vielzahl von Mikrotropfen fragmentiert werden, und generiert auf einer mikroskopischen Ebene eine Turbulenz. Auf diese Weise werden die Kohlenwasserstoff-Moleküle, die mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit V eintreten, die von der Ansaugung abhängt, dazu gebracht, sich um sich selbst und jeweils in Bezug aufeinander in entgegengesetzte Richtungen zu drehen
Auf diese Weise werden die zwei gewünschten Wirkungen erzielt: die Oberflächenspannung wird geschwächt, wodurch die Tropfen aufgebrochen und in Mikrotropfen geteilt werden, und es wird eine Turbulenz gemäß Winkelgeschwindigkeiten ausgebildet, die als Beispiel mit w angegeben sind, die es am besten ermöglichen, dass die Kohlenwasserstoffe und der in der Luft enthaltene Sauerstoff, der durch das Zuführrohr 15 eingeführt wird, miteinander in direkten Kontakt treten.
Die Spule 26, die als eine Antenne arbeitet, sendet tatsächliche pulsierende Funkwellen mit der gleichen Frequenz und Form wie das Signal OS aus. Die von der Spulenantenne 26 ausgesendeten Funkwellen fördern das oben beschriebene Phänomen in dem Brennstoff ebenfalls.
Zum Optimieren der Verbrennung von Kohlenwasserstoffen, die als Brennstoff verwendet und mit Luft, die Sauerstoff enthält, gemischt werden können, sieht das erfindungsgemäße Verfahren daher vor, dass ein erstes Magnetfeld eines pulsierenden Typs in Verbindung mit dem Brennstoff-Zuführrohr 13 erzeugt wird.
Ein zweites Magnetfeld wird durch die zweite Spule 26 erzeugt, die um das Luft-Zuführrohr 15 angeordnet ist und ein Ende, das parallel zu der ersten Spule 20 angeschlossen ist, und ein freies Ende aufweist, um so eine Sendeantenne auszubilden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 kann auf jeden herkömmlichen Brenner, der in den Zeichnungen nicht dargestellt ist, statt auf einen Verbrennungsmotor 11 angewendet werden. Auch in diesem Fall kann die Spule 20 mit dem Brennstoff-Zuführrohr verbunden werden, während die Spule 26 mit dem Luft-Zuführrohr verbunden werden kann.
Es ist klar, dass Modifizierungen und/oder Anbauten an der Vorrichtung 10 und dem Verfahren vorgenommen werden können, die vorher beschrieben worden sind, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen, wie er in den Ansprüchen im Anhang definiert ist.

Claims

Vorrichtung zum Optimieren der Verbrennung von Kohlenwasserstoffen, die als Brennstoff verwendet und mit Luft gemischt werden können, die Sauerstoff enthält, die ein Brennstoff-Zuführrohr (13), eine erste Einrichtung (20) umfasst, die ein erstes Magnetfeld eines pulsierenden Typs erzeugen kann und mit dem Kraftstoff-Zuführrohr (13) verbunden ist, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass die erste Einrichtung (20) mit einer elektrischen Schaltung (23) verbunden ist, die eine Einrichtung zum Erzeugen von Impulsen (27) umfasst, die ein Signal (OS) erzeugen kann, das Bündel von Impulsen mit einer ersten Frequenz zwischen 1 und 30 MHz umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal (OS) einen Träger umfasst, der zwischen einem Wert von 0 und einem definierten Wert (V₁) zwischen 6 und 12 Volt amplitudenmoduliert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger auf eine zweite Frequenz zwischen 50 und 1000 Hz moduliert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Frequenz ungefähr 20 MHz beträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Frequenz ungefähr 1000 Hz beträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Einrichtung (20) eine Solenoidspule (20) umfasst, die um das Brennstoff-Zuführrohr (13) herumgewickelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Erzeugen von Impulsen einen Oszillator (27) umfasst.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Oszillator (27) mit der ersten Solenoidspule (20) über einen Leistungsverstärker oder eine Leistungsschaltung (29) verbunden ist, die entsprechend dem Tastverhältnis der Bündel von Impulsen des Signals (OS) ein Stromsignal (IP) erzeugen kann, das im Wesentlichen dreieckig geformt ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Einrichtung (26) mit einem Luft-Zuführrohr (15) in Verbindung ist, um ein zweites Magnetfeld zu erzeugen, wobei die zweite Einrichtung (26) mit der ersten Einrichtung (20) so verbunden ist, dass eine Sendeantenne gebildet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Einrichtung eine zweite Spule (26) umfasst, die als ein Solenoid um das Luft-Zuführrohr (15) herumgewickelt ist, wobei die zweite Spule (26) ein Ende, das parallel mit der ersten Spule (20) verbunden ist, und ein freies Ende hat, um die Sendeantenne zu bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Spule (26) pulsierende Funkwellen mit der gleichen Frequenz und Form wie der des Signals (OS) emittieren kann.
Verfahren zum Optimieren der Verbrennung von Kohlenwasserstoffen, die als Brennstoff verwendet und mit Luft gemischt werden können, die Sauerstoff enthält, das einen Schritt umfasst, in dem ein erstes Magnetfeld eines pulsierenden Typs mittels einer ersten Einrichtung (20) erzeugt wird, die mit einem Brennstoff-Zuführrohr (13) in Verbindung ist, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass die erste Einrichtung (20) mit einer elektrischen Schaltung (23) verbunden ist, die eine Einrichtung zum Erzeugen von Impulsen (27) umfasst, die ein Signal (OS) erzeugt, das Bündel von Impulsen mit einer ersten Frequenz zwischen 1 und 30 MHz umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal (OS) einen Träger umfasst, der zwischen einem Wert von 0 und einem definierten Wert (V₁) zwischen 6 und 12 Volt amplitudenmoduliert ist.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger auf eine zweite Frequenz zwischen 50 und 1000 Hz moduliert ist.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Frequenz ungefähr 20 MHz beträgt.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Frequenz ungefähr 1000 Hz beträgt.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Einrichtung (20) eine erste Solenoidspule (20) umfasst, die um das Brennstoff-Zuführrohr (13) herumgewickelt ist.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal (OS) von einem Oszillator (27) erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis einschließlich 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Magnetfeld durch eine zweite Einrichtung (26) erzeugt wird, die mit einem Luft-Zuführrohr (15) in Verbindung ist, wobei die zweite Einrichtung (26) mit der ersten Einrichtung (20) so verbunden ist, dass eine Sendeantenne gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Einrichtung eine zweite Spule (26) umfasst, die als ein Solenoid um das Luft-Zuführrohr (15) herumgewickelt ist, wobei die zweite Spule (26) ein Ende, das parallel mit der ersten Spule (20) verbunden ist, sowie ein Ende hat, das frei ist, um die Sendeantenne zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Spule (26) pulsierende Funkelwellen mit der gleichen Frequenz und Form wie die des Signals (OS) emittiert.