专利名称：燃料改质装置及使用该燃料改质装置的燃料供给系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种燃料改质装置及使用该燃料改质装置的燃料供给系统，该燃料改 质装置设置在对内燃机供给液体燃料的燃料配管上、对通过的液体燃料赋予超声波振动而 对液体燃料进行改质。
背景技术：
专利文献1提供一种装置，以将向内燃机供给的燃料预先气化而使其完全燃烧为 目的，在收容了内燃机用燃料的箱内产生超声波振动，而使燃料分解为超微粒子，然后在向 内燃机供给之前使其气化。具体而言，气化产生装置由气化箱、内置于气化箱的输出振动元 件以及空烧防止开关构成。专利文献2提供一种燃料改善装置，在燃料路径上安装超声波振子，将燃料微粒 化，并在其下游安装磁铁或电磁铁，使被微粒化的燃料进一步活性化而使其离子化。专利文献3提供一种燃料油改质装置，为了通过对液体燃料油的粒子进行超微粒 子化而能够进行完全燃料，并在有效利用能量的同时实现低公害，而在燃料油过滤器托架 的上部中央设置由发送器和布线连结的超声波振子，将在燃料油过滤器组件内部流通的液 体燃料油的粒子分解为超微粒子状。专利文献4提供一种燃料改质装置，在燃料容器的底面上配置从该底面使超声波 激振的超声波激振构件，并且具有超声波频率改变构件，该超声波频率改变构件根据该燃 料容器内的燃料的液面高度而使来自超声波激振构件的超声波的频率改变。专利文献1 日本特开平7-151023号公报专利文献2 日本特开2001-263180号公报专利文献3 日本特开2002-332923号公报专利文献4 日本特开2006-291143号公报如上述专利文献1 4所记载的那样，对燃料施加超声波而对该燃料进行改质 (微粒子化)的技术已经公知。但是，如专利文献1及专利文献4所公开的那样，在对燃料 箱内的液体燃料施加超声波振动而对液体燃料进行改质的情况下，被改质的燃料经过与空 气的混合行程而达到燃烧行程，但由于从箱到燃烧行程存在距离，因此存在改质劣化的可 能性，并且不可能均等地对箱内所收容的燃料整体进行改质，所以发生燃烧性能产生不均 勻的不良情况。并且，在专利文献2所记载的燃料改善装置中，由于在通常的管上配置超声波激 振装置，因此产生通过的液体燃料的微粒子化的效率较差的不良情况，在专利文献3所记 载的燃料油改质装置中，由超声波振子施加振动的液体燃料仅是被送出至燃料油流出管之 前的通过燃料油过滤器托架的燃料，由于燃料的通过速度较快，所以存在无法进行充分的 改质(微粒子化)的不良情况。并且，向船舶或柴油发动机等大排气量内燃机的燃料以大流量供给，所以存在通 过现有的方法无法得到充分的效果的不良情况。另外，在具有共轨的燃料喷射式的内燃机的情况下，在紧接着燃料泵之后安装的情况下，还存在压力不足这种不良情况。
发明内容
为此，本发明提供一种能够对向大排气量内燃机输送的液体燃料充分地进行改质 (微粒子化)的燃料改质装置及使用该燃料改质装置的燃料供给系统。并且，本发明提供一种能够对向大排气量内燃机输送的液体燃料充分地进行改质 (微粒子化)的燃料改质装置及使用该燃料改质装置的燃料供给系统。由此，本发明是一种燃料改质装置，设置在连接燃料箱和内燃机的配管上，具备燃 料流入的流入口、燃料流出的流出口、位于上述流入口及上述流出口之间的改质空间、在该 改质空间的至少一方设置的振动部以及使该振动部振动的超声波振子，对通过的燃料施加 超声波而使其产生纳米气泡，该燃料改质装置的特征在于具备燃料旋转机构，使从上述流 入口流入的液体燃料通过上述振动部的振动而沿着上述振动部的振动面旋转；和垂直移动 机构，使上述液体燃料相对于上述振动面垂直地朝向上述流出口以漩涡状移动。并且，上述燃料旋转机构及上述垂直移动机构优选包括从上述振动部向上方以 大致半球状突出的圆顶形状的改质空间；在上述振动部的圆形振动面附近开口的流入口； 以及在上述改质空间的顶部附近开口的流出口。并且，上述流出口优选位于相对于上述振动部的振动面垂直的位置，但也可以位 于相对于上述振动部的振动面平行的位置。并且，上述燃料旋转机构及上述垂直移动机构优选包括从上述振动部向下方以 大致半球状突出的圆顶形状的改质空间；在上述改质空间的顶部附近开口的流入口 ；以及 在与上述振动部的振动面接近的上述圆顶形状的基底部附近开口的流出口。并且，上述改质空间优选由具有圆顶形状的内面的外壳、以及遮挡该外壳的基底 部并且具有圆形的振动面的振动板区划，在上述外壳与上述振动板之间设有由弹性部件构 成的密封。并且，上述振动板优选具有以规定角度呈扇形地扩展并且在周向上以一定角度倾 斜的多个倾斜面。并且，上述燃料旋转机构及上述垂直移动机构优选为从上述振动面向上述改质空 间以大致圆锥状突出的突出部。并且，优选在该突出部上，在高度方向上以规定间隔形成有 多个沿着其侧面的周向而环状地延伸的周槽部，或在周向以规定角度形成有多个从其顶点 沿着母线延伸的放射槽部，或从其顶点沿着其侧面向底面方向以螺旋状形成螺旋槽。并且， 也可以在上述突出部的顶部形成有凹部。并且，本发明的燃料供给系统优选为，由上述燃料改质装置、燃料箱、内燃机以及 连接它们的配管构成，上述燃料改质装置设置在连接燃料箱和内燃机的配管上。并且，本发明的燃料供给系统优选为，由燃料箱、与该燃料箱连接的燃料泵、与该 燃料泵连接的共轨、与该共轨连接的多个内燃机、以及连接它们的配管构成，上述燃料改质 装置设置在从上述内燃机到燃料箱的配管上。并且，在上述燃料供给系统中，优选具备控制构件，该控制构件根据来自控制内燃 机的发动机控制单元的信号，来控制上述燃料改质装置。并且，优选在上述燃料改质装置的上游侧配置有对通过的燃料进行冷却的燃料冷却装置。发明的效果根据本发明的燃料改质装置，通过将向内燃机输送的液体燃料引导至形成为半球 形的圆顶状的改质空间内，并施加超声波振动，由此能够使液体燃料在改质空间内沿超声 波振动的施加方向以漩涡状移动，因此能够在液体燃料内产生空腔并且实现液体燃料的微 粒子化，能够有效地对液体燃料进行改质，能够提高内燃机的燃烧效率。并且，由此能够提 高燃料消耗率并且能够实现完全燃烧，因此能够抑制对环境的不良影响。并且，根据本发明的燃料供给系统，在上游侧设置燃料冷却装置，因此能够防止纳 米气泡由于热而变大，能够抑制燃烧效率的下降。并且，根据本发明的燃料改质装置，将向内燃机输送的液体燃料引导至规定大小 的改质空间内，而通过向改质空间内圆锥状地突出的突出部来施加超声波振动，因此能够 在大量地通过改质空间内的液体燃料内高效地产生空腔并且实现液体燃料的微粒子化，能 够有效地对液体燃料进行改质，能够提高内燃机的燃烧效率。并且，由此能够提高燃料消耗 率并且能够实现完全燃烧，因此能够抑制对环境的不良影响。并且，根据本发明的燃料供给系统，在从燃料喷射装置向燃料箱的返回配管上配 置燃料改质装置，由此能够发挥的效果为能够不降低向共轨的燃料供给压力而对燃料进 行改质，并且能够在燃料箱内使气泡均勻。
图1是具备燃料改质装置的第一燃料供给系统的说明图。图2是实施例1的改质部的截面图。图3是实施例1的改质部的其他方向的截面图。图4是实施例2的改质部的截面图。图5是实施例3的改质部的截面图。图6是实施例4的改质部的截面图。图7(a)、图7(b)、图7(c)是表示实施例4的改质部的振动板的变形例的图。图8是本发明的实施例5的具备燃料冷却装置和燃料改质装置的第二燃料供给系 统的说明图。图9表示燃料冷却装置的一个例子的图，图9 (a)是其概略侧视截面图，图9 (b)是 概略俯视截面图。图10是具备燃料改质装置的本发明的实施例6的第三燃料供给系统的说明图。图11是实施例6的燃料改质装置的截面图。图12是实施例7的振动板的侧视图。图13是实施例8的振动板的俯视图。图14是实施例9的振动板的俯视图。图15是实施例10的振动板的局部截面侧视图。符号的说明1燃料改质装置2燃料箱
222螺旋槽部223 凹部300第一燃料供给系统400第二燃料供给系统500第三燃料供给系统
具体实施例方式以下，通过
本发明的实施例。实施例1如图1所示，本发明的燃料改质装置1为，配置在对燃料箱2和内燃机3之间进行 连接的配管4、5上，构成第一燃料供给系统300，并由液体燃料流动的改质部6、以及对改质 部6施加超声波振动的超声波振子(具体而言是螺栓紧固郎之万振子(BLT))7构成。并且， 上述BLT7，基于来自控制上述内燃机3的发动机控制单元(ECU)S的信号，由输出与该信号 相对应的信号的振子控制单元(VCU)9来控制。作为上述内燃机3，既可以是将液体燃料通 过化油器与空气混合而送出至燃烧室的汽油发动机或柴油发动机，也可以是具备将液体燃 料直接喷射至燃烧室的燃料喷射泵的汽油发动机或柴油发动机。另外，在该实施例1中，作为超声波振子使用了螺栓紧固郎之万振子(BLT)，但只 要是发挥同样效果的振子，则不特别限定。如图2及图3所示，上述改质部6包括流入侧管62，具有经由配管4与燃料箱2 连接的流入口 61 ；流出侧管64，具有经由配管5与内燃机3连接的流出口 63 ；改质空间65， 位于上述流入口 61与上述流出口 63之间；以及振动板66，封闭该改质空间65的下方，且 位于该改质空间65的下方。上述改质空间65由具有大致半球形状的圆顶形状的内周面67的外壳68、以及位 于该外壳68的基底部的上述振动板66区划。并且，上述流入口 61在上述外壳68的基底 部、在上述改质空间65的下方侧部开口，上述流出口 63在圆顶状的改质空间65的顶部开 口。并且，上述振动板66隔着由弹性部件构成的密封部件69固定在上述外壳68上。并且， 具有与上述振子7螺合的螺纹部70。根据以上结构，当驱动内燃机3时，液体燃料被内燃机3吸引，因此液体燃料从燃 料箱2向内燃机3移动，在该过程中从配管4经由吸入管62从吸入口 61流入到改质空间 65。与此同时，从E⑶8向V⑶9传递内燃机3的驱动信号，BLT7启动而对上述振动板66赋
予超声波振动。流入的液体燃料沿着上述振动板66的振动面71移动，并且通过超声波振动而被 施加漩涡状的力。因此，液体燃料一边沿着上述振动板66的振动面71旋转，一边朝向位于 改质空间65顶部的流出口 63上升。由此，液体燃料在向超声波振动的施加方向旋转的同 时移动，所以有效地包含所产生的空腔，并且还伴随着液体燃料自身的微粒子化，能够对液 体燃料进行改质，最终能够提高内燃机3的燃烧效率，并且实现完全燃烧，因此能够提高燃 料消耗率，并减少废气的有害成分。实施例2实施例1的改质部6使液体燃料的流出方向与超声波振动的施加方向相同，与此相对，图4所示的实施例2的燃料改质装置1的改质部6A为，使来自上述改质空间65的液 体燃料的流出方向成为从改质空间65顶部沿着液体燃料的漩涡的方向、换言之成为与上 述超声波振动的施加方向垂直。在该实施例2所示的改质部6A中，也能够得到与实施例1 同样的效果。另外，在图4所示的实施例2中，对于与实施例1相同的部位或具有相同作用 的部位，附加相同符号并省略其说明。实施例3图5所示的实施例3的燃料改质装置1的改质部6B的特征在于，实质上是将实施 例1的改质部6的流入口 63与流出口 64的位置对换，改质空间65必然成为倒圆顶形状， 振动板66从改质空间65上方对改质空间65内的液体燃料施加超声波振动。此时，从流入 口 61’流入改质空间65的液体燃料，在朝向振动面71而暴露在超声波振动中的同时朝向 振动面以旋涡状移动，并沿着振动面71从流出口 63’向内燃机3移动。此时，也能够得到 与上述实施例1或2的情况同样的效果。对于上述实施例1、2或3的各自，能够根据液体燃料的密度、流量、粘度、超声波振 动的频率(振动数)等条件，并且根据内燃机3的种类来选择最佳的实施例。并且，还能够 选择最佳的改质空间65的容积、底面积的大小、高度(深度)等。实施例4如图6所示，实施例4的改质部6C为，在振动板66的振动面71上，具备由以规定 角度呈扇形地扩展并且在周向上以一定角度倾斜的倾斜面81构成的紊流形成部80。该紊 流形成部80例如在图7 (a)所示那样由4个倾斜面81构成、如图7(b)所示那样由3个倾斜 面81构成、如图7(c)所示那样由8个倾斜面81构成的情况是适当的，但也可以具有6个 倾斜面、也可以具有5个倾斜面。根据各个液体燃料的参数、超声波振动的频率(振动数) 来选择合适的紊流形成部80。实施例5并且，如图8所示，本发明的第二燃料供给系统400为，在燃料箱2与燃料改质装 置1之间的配管4上设置燃料冷却装置10。该燃料冷却装置10与上述燃料改质装置1的 振子7—起由振子控制单元9控制。由此，在发动机启动的情况下，基于来自发动机控制单 元8的信号，振子控制单元9对燃料改质装置1的振子7及燃料冷却装置10的冷却机构进 行控制。在以上结构的第二燃料供给系统400中，能够使向燃料改质装置1供给的燃料的 温度下降，因此能够防止由于热导致的气泡的巨大化，所以能够维持燃料改质装置1的效^ O如图9(a)、(b)所示，上述燃料冷却装置10例如包括壳体101，区划燃料通过的 冷却空间100 ；作为冷却构件的帕尔帖元件102，配置在该壳体101的侧面上，通过来自上述 振子控制单元9的信号控制；多个吸热板104，从该帕尔帖元件102的冷却侧向上述冷却空 间100内延伸；以及散热部(降温装置)103，进行从上述帕尔帖元件102的散热；该燃料冷 却装置10对从流入口 105流入的燃料进行冷却，并从流出口 106送出至燃料改质装置1的 改质空间65。在该实施例中，该冷却装置10为独立的，但也可以组装到上述燃料改质装置 1内。实施例6
如图10所示，本发明的第三燃料供给系统500例如至少具备燃料箱202 ；燃料泵 204，从燃料箱202吸取燃料并以规定压力供给至共轨203 ；燃料喷射装置205，向各个未图 示的发动机喷射燃料；燃料供给配管206，连接燃料箱202和共轨203 ；以及燃料返回配管 207，从共轨203及燃料喷射装置205到燃料箱202。在图10所示的燃料供给系统500中，为了良好地保持共轨203的压力、进而良好 地保持燃料喷射装置205的喷射压力，而将燃料改质装置201设置在燃料返回配管207上， 但在将重点放在向燃料喷射装置205供给的燃料的改质上的情况下，也可以将燃料改质装 置201设置在从燃料箱202到共轨203的配管上。并且，也可以在从共轨203到各个燃料 喷射装置205的各配管上分别设置燃料改质装置201。并且，在上述燃料供给系统500中，在上述燃料改质装置201的上游侧，设置对通 过的燃料进行冷却的冷却装置208。由此，能够抑制在燃料改质装置201中产生的气泡由于 热的影响而变大。如图11所示，在以上的燃料供给系统500中使用的本发明的燃料改质装置201例 如包括改质部211，流动有液体燃料；振动赋予部212，具备对改质部211施加超声波振动 的超声波振子(具体而言是螺栓紧固郎之万振子(BLT))。并且，上述振动赋予部212，基于 来自对上述燃料喷射装置205进行控制的未图示的发动机控制单元(ECU)的信号，由振子 控制单元209进行控制。另外，在该实施例中，作为超声波振子，使用了螺栓紧固郎之万振子(BLT)，但只要 是发挥同样效果的振子，则不特别限定。上述改质部211包括壳体214，区划燃料通过的改质空间213 ；流入口 215，连接 上述燃料返回配管207和上述改质空间213 ；流出口 216，连接上述改质空间213和燃料返 回配管207 ；以及振动板217，与上述壳体214 —起区划上述改质空间213。上述改质空间213形成为大致圆筒状，由上述壳体214和振动板217区划，并且流 入口 215形成在上述振动板217上，并且上述流出口 216以使燃料从上述改质空间213下 方流出的方式配置在上述壳体214上。另外，上述振动板217与上述振动赋予部212结合。并且，在上述振动板217上，形成从该振动板217向上述改质空间213内以圆锥状 突出的突出部218。并且，上述振动板217固定在上述振动赋予部212上，并将上述改质空 间213与振动赋予部212电绝缘。根据以上结构，当内燃机203启动时，燃料泵204启动，液体燃料被从燃料箱202 吸引，并经由燃料供给配管206送出至共轨203。在该共轨203中，燃料被维持在一定压力， 溢流的燃料经由燃料返回通路207返回燃料箱202。并且，共轨203内的燃料经由燃料喷射 装置205依次被喷射至各发动机的气缸内而获得动力，但来自燃料喷射装置205的剩余的 燃料经由燃料返回通路207返回燃料箱202。此时，通过冷却装置208而被冷却，通过燃料 改质装置201而被施加超声波振动，在燃料内形成纳米气泡。然后，在燃料箱202内纳米气 泡被均勻化，并被从燃料箱204中吸引而提高各个发动机的燃烧效率。在上述燃料改质装置201中，改质空间213优选被设定为燃料最低在大约1秒钟 内停留在改质空间13内那样的大小，并最低具有200cc的容积。并且，实施例6的突出部218为正圆锥形，因此发挥如下效果、即能够对通过改质 空间213内的燃料施加均质的超声波振动。
实施例7上述振动板217的突出部218形成为圆锥形，但在图12所示的实施例7的突出部 218上，沿着其侧面的周向进一步以环状延伸的周槽部220，在圆锥的高度方向上以规定间 隔形成有多个。在该实施例7的形成有周槽部220的突出部218振动的情况下，与上述实施例6的 情况不同，向燃料的振动方向在周槽部220的两侧不同，因此对超声波振动施加干涉作用， 所以对燃料施加的声压变化，能够实现与实施例6不同的燃料的改质状态。实施例8在图13所示的实施例8的振动板217的突出部218上，从其顶点沿着圆锥的母线 延伸的放射槽部221，在侧面的周向上以规定角度形成有多个。在该实施例8的振动板217的突出部218振动的情况下，在沿着该侧面流动的燃 料中产生紊流，因此产生细微的液压变化，所以超声波振动的传递速度产生变化，能够实现 与实施例6及7不同的燃料的改质状态。实施例9在图14所示的实施例9的振动板217的突出部218上，从其顶点沿着其侧面朝向 底面方向以螺旋状形成有螺旋槽部222。在该实施例9中，能够推测出，流入的燃料一边沿着螺旋槽部222移动一边被施加 超声波振动，同时还能够得到与上述实施例7的周槽部220同样的效果。因此，能够得到与 上述实施例不同的燃料的改质状态。实施例10图14所示的实施例9的特征在于，在上述振动板217的突出部218的顶部形成有 规定大小的凹部223。在该实施例10中，能够使超声波振动朝向改质空间213的中央方向集中，因此能 够得到与上述实施例不同的燃料的改质状态。工业可利用性如上所述，本发明实质上以向内燃机供给的液体燃料的改质为目的，在以对流入 规定空间的流体(气体或液体)施加超声波振动而对该流体进行改质为目的的构成中，基 本都能够利用。具体而言，能够使用于对燃料电池供给的氢或含氢气体的改质、药剂或化学 合成所使用的水的改质、为了进行化学反应而供给的气体的微粒子化等。
权利要求
一种燃料改质装置，设置在连接燃料箱和内燃机的配管上，具备燃料流入的流入口、燃料流出的流出口、位于上述流入口及上述流出口之间的改质空间、在该改质空间的至少一方设置的振动部以及使该振动部振动的超声波振子，该燃料改质装置对通过的燃料施加超声波而使其产生纳米气泡，该燃料改质装置的特征在于，具备燃料旋转机构，使从上述流入口流入的液体燃料通过上述振动部的振动而沿着上述振动部的振动面旋转；和垂直移动机构，使上述液体燃料相对于上述振动面垂直地朝向上述流出口以漩涡状移动。
2.如权利要求1记载的燃料改质装置，其特征在于，上述燃料旋转机构及上述垂直移动机构包括从上述振动部向上方以大致半球状突出 的圆顶形状的改质空间；在上述振动部的圆形振动面附近开口的流入口 ；以及在上述改质 空间的顶部附近开口的流出口。
3.如权利要求2记载的燃料改质装置，其特征在于， 上述流出口相对于上述振动面垂直地开口。
4.如权利要求2记载的燃料改质装置，其特征在于， 上述流出口相对于上述振动面平行地开口。
5.如权利要求1记载的燃料改质装置，其特征在于，上述燃料旋转机构及上述垂直移动机构包括从上述振动部向下方以大致半球状突出 的圆顶形状的改质空间；在上述改质空间的顶部附近开口的流入口 ；以及在与上述振动部 的振动面接近的上述圆顶形状的基底部附近开口的流出口。
6.如权利要求1 5的某一项记载的燃料改质装置，其特征在于，上述改质空间由具有圆顶形状的内面的外壳、以及遮挡该外壳的基底部并且具有圆形 的振动面的振动板区划，在上述外壳与上述振动板之间设有由弹性部件构成的密封。
7.如权利要求6记载的燃料改质装置，其特征在于，上述振动板具有以规定角度呈扇形地扩展并且在周向上以一定角度倾斜的多个倾斜
8.如权利要求1记载的燃料改质装置，其特征在于，上述燃料旋转机构及上述垂直移动机构为从上述振动面向上述改质空间以大致圆锥 状突出的突出部。
9.如权利要求8记载的燃料改质装置，其特征在于，在上述突出部上，在高度方向上以规定间隔形成有多个沿着其侧面的周向以环状延伸 的周槽部。
10.如权利要求8记载的燃料改质装置，其特征在于，在上述突出部上，在周向上以规定角度形成有多个从其顶点沿着母线延伸的放射槽部。
11.如权利要求8记载的燃料改质装置，其特征在于，在上述突出部上，从其顶点沿着其侧面朝向底面方向以螺旋状形成螺旋槽。
12.如权利要求8 11的某一项记载的燃料改质装置，其特征在于， 在上述突出部的顶部形成有凹部。
13.一种燃料供给系统，其特征在于，由燃料箱、内燃机以及连接它们的配管构成，权利要求1 12的某一项记载的燃料改 质装置设置在连接燃料箱和内燃机的配管上。
14.一种燃料供给系统，其特征在于，由燃料箱、与该燃料箱连接的燃料泵、与该燃料泵连接的共轨、与该共轨连接的多个内 燃机、以及连接它们的配管构成，上述权利要求1 12的某一项记载的燃料改质装置设置 在从上述内燃机到燃料箱的配管上。
15.如权利要求13或14记载的燃料供给系统，其特征在于，具备控制构件，该控制构件根据来自控制内燃机的发动机控制单元的信号，控制上述 燃料改质装置。
16.如权利要求13 15的某一项记载的燃料供给系统，其特征在于，在上述燃料改质装置的上游侧配置有对通过的燃料进行冷却的燃料冷却装置。
全文摘要
本发明提供一种能够对输送至包括大排气量内燃机的内燃机的液体燃料充分进行改质(微粒子化)的燃料改质装置及使用其的燃料供给系统。由此，本发明是一种燃料改质装置，设置在连接燃料箱和内燃机的配管上，具备燃料流入的流入口、燃料流出的流出口、位于上述流入口及上述流出口之间的改质空间、在该改质空间的至少一方设置的振动部以及使该振动部振动的超声波振子，该燃料改质装置对通过的燃料施加超声波而使其产生纳米气泡，在该燃料改质装置中具备燃料旋转机构，使从上述流入口流入的液体燃料通过上述振动部的振动而沿着上述振动部的振动面旋转；和垂直移动机构，使上述液体燃料相对于上述振动面垂直地朝向上述流出口以漩涡状移动。
文档编号F02M27/08GK101910600SQ200980101689
公开日2010年12月8日 申请日期2009年1月15日 优先权日2008年1月18日
发明者元木久一, 速水哲哉 申请人:爱特电子株式会社