JP2005069223A

JP2005069223A - 燃焼機関の低燃費化装置

Info

Publication number: JP2005069223A
Application number: JP2004220152A
Authority: JP
Inventors: Fujiya Kobe; 不二也小部
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-08-04
Filing date: 2004-07-28
Publication date: 2005-03-17
Also published as: WO2005012718A1

Abstract

【課題】簡便でコスト面に優れ、低燃費化や低排気ガス化を図れる燃焼機関の低燃費化装置を提供する。
【解決手段】自動車のエンジンや燃焼炉等の燃焼機関に於いて、燃焼室に燃焼用ガスを供給する供給管の燃焼室への取入口近傍にプラスイオンを生成する針状電極を設け、針状電極にプラス電圧の直流パルスを印加して燃焼用ガスにプラスイオンを生成し、プラスイオンを生成された燃焼用ガスを燃焼室で燃焼させる燃焼機関の低燃費化装置。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば自動車のエンジンなど燃焼機関の低燃費化装置に関する。

現在の地球は車社会や産業発展が急激に進んでおり、我が国でも既に９０００万台近くの自動車が生活手段として利用され、この数値は増えることがあっても減じることはない。それに伴い化石燃料の消費が著しく、過去、現在と莫大な石油資源の消費を行ってきており、未来にはこの限りある資源を温存しながら新たな資源の開発や利用を図らなければならない。他方では、石油資源の大量消費で大気汚染が進み、各地で健康被害が発生していることから、抜本的な対策が迫られており、石油資源を効率良く利用し、低排気ガス化や排気ガスの浄化で空気を清浄化することがより強く望まれている。

ところで、例えば自動車のエンジンに関し、低燃費化のための電子制御や、低排気ガス化のための触媒コンバータ等が開発され利用されているが、十分な成果が出ていない。また、近い将来に向かって、燃料電池エンジンが開発されているが、コスト等の点から解決しなければならない問題が多々あり、実用化には長期間を要することが予想される。そのため、コスト面に優れ、低燃費化や低排気ガス化を図れる燃焼機関の低燃費化装置が求められている。

本発明は上記課題に鑑み提案するものであって、簡便でコスト面に優れ、低燃費化や低排気ガス化を図れる燃焼機関の低燃費化装置を提供することを目的とする。

本発明の燃焼機関の低燃費化装置は、燃焼機関で燃焼する燃焼用ガスにプラスイオンを生成するプラスイオン生成部を設けることを特徴とし、プラスイオンを生成された燃焼用ガスを燃焼室で燃焼させる。更に、本発明は、プラスイオン生成部を燃焼用ガス供給管の燃焼室への取入口近傍若しくは燃焼室内若しくはその双方に設けることを特徴とする。更に、本発明は、プラスイオン生成部を燃焼用ガスに１０００万個／ｃｃ以上のプラスイオンを生成するものとすると好適である。

更に、本発明の燃焼機関の低燃費化装置は、プラスイオン生成部が少なくとも針状若しくはブラシ状の電極を有し、前記電極にプラスの直流パルス電圧或いは単極の正パルス信号を印可してプラスイオンを生成することを特徴し、好適には前記電極に印加されるプラスの直流パルス電圧を電圧：２０００Ｖ以上でパルス数：１０ｋＨｚ以上とするとよい。

尚、プラスイオン生成部でプラスイオンを生成する構成は適宜であり、例えば交流の１００Ｖ或いは直流の１２Ｖ乃至２４Ｖの入力電圧を、トランスや昇圧整流回路等で１０００Ｖ以上、且つ１０ｋＨｚ以上の正パルスの直流電圧を生成する回路等を適宜用いることが可能である。また、本発明に於ける燃焼機関は、例えば自動車のエンジンなど内燃機関や、ガスタービンなど外燃機関や、燃焼炉など各種の燃焼機関が含まれる。

本発明の燃焼機関の低燃費化装置は、簡便でコスト面に優れており、燃焼機関の低燃費化や低排気ガス化を図れることができる効果を奏する。即ち、自動車等の内燃機関、温風器、焼却炉、ガスタービンなど外燃機関等に供給される燃焼用空気の酸化を促進し、燃焼性を高めることにより、燃焼出力の向上或いは低燃費化を図ることができると共に、完全燃焼に近づけることにより、排気ガスの異臭軽減、微粒子の発生軽減による排気ガスの清浄化、低排気ガス化を図ることができる。従って、大気汚染の改善、地球環境の清浄化や、石油資源の効率的な利用、資源枯渇の延命に資する。

本発明の燃焼機関の低燃費化装置の実施形態について説明する。

本実施形態の燃焼機関の低燃費化装置１０は、図１に示すように、電源線と接地線に接続され、５０ｋＨｚなど１０ｋＨｚ以上のパルス信号を出力可能なパルス信号発生回路を内蔵するマイクロコンピュータ１と、電圧を変換するトランス２と、トランス２の２次側の昇圧整流回路５と、３本の針状電極である放射電極６ａの後端が絶縁支持体６ｂに内設されているプラスイオン放出部６（図５参照）を備えており、３はコンデンサ、４はダイオードである。

低燃費化装置１０のマイクロコンピュータ１には、プラスの１２Ｖの直流電圧が入力されると共に、マイクロコンピュータ１は、図に省略した制御手段で駆動を制御され、その駆動で５０ｋＨｚのパルス信号をパルス発生回路で発生し、直流電圧１２Ｖで周波数５０ｋＨｚであるプラスの直流パルスを出力する。前記直流パルスは、整流されてトランス２で２０００Ｖまで昇圧され、更に、昇圧整流回路５で整流されて１６０００Ｖまで昇圧される。

プラスイオン放出部６の放射電極６ａには、直流電圧１６ｋＶで周波数５０ｋＨｚであるプラスの高電圧の高周波直流パルスが印加され、放電で放射電極６ａの近傍にプラスイオンが生成される。前記低燃費化装置１０で生成されるプラスイオンのイオン数は、針状の放射電極６ａの本数等の条件により可変的であるが、例えば約４０００万個／ｃｃの高密度となる。また、前記生成され放出されるプラスイオンは、直流パルスの電圧印加でポンピングされるので、安定して供給される。

低燃費化装置１０は、例えば図２及び図３の自動車の内燃機関２０や図４の燃焼炉３０など、燃焼機関の燃焼用空気の取入口の近傍に、プラスイオン放出部６の放射電極６ａを設置し、燃焼用空気にプラスイオンを供給する或いは燃焼用空気をプラスイオン化して用いられる。尚、プラスイオンを放射する箇所は、イオンの存命時間の関係上、燃焼する場所に近い方が望ましい。

図２及び図３の内燃機関２０は、エアクリーナー２１を通過した空気に図に省略したキャブレターからガソリンを供給して混合気とし、吸気管２２を通る混合気を吸気バルブ２３を介して、点火プラグ２４やピストン２５を有する燃焼室２６内に供給し、燃焼室２６では混合気を燃焼して、排気バルブ２７を介して排気管２８から排気する構成であり、低燃費化装置１０のプラスイオン放出部６や放射電極６ａが、吸気バルブ２３の近傍に位置して吸気管２２内に絶縁部材等で支持され設置される。２９はスロットルバルブである。

図４の燃焼炉３０は、バーナー３１と、燃焼室３２と、煙突３３とを備え、バーナー３１内に図に省略した経路を介して燃料及び空気の混合気が供給され、混合気がバーナー３１を介して燃焼室３２内に供給される構成であり、バーナー３１の吸気路内と燃焼室３２内部の底部近傍にプラスイオン放出部６や放射電極６ａが絶縁部材等で支持され設置される。

尚、低燃費化装置１０が生成するプラスイオンの量は、燃焼する容器や空間の容量や燃焼空気の量により選択して決定し、例えば約１０００万個／ｃｃ〜約数億個／ｃｃのプラスイオンを発生するものとすることが可能であるが、約３０００万個／ｃｃ〜約２億個／ｃｃのプラスイオンを発生するものが好ましい。例えば図１の構成では、放射電極６ａに直流電圧１０００Ｖで周波数５０ｋＨｚの直流パルスを印可して約１０００万個／ｃｃ、放射電極６ａに直流電圧２ｋＶで周波数１０ｋＨｚの直流パルスを印可して約３０００万個／ｃｃ、放射電極６ａに直流電圧１６ｋＶで周波数７２ｋＨｚ（高周波の人体への影響を考慮すると７２ｋＨｚ程度が限界である）の直流パルスを印可して約２億個／ｃｃのプラスイオンを生成すること等が可能である。

また、放射電極６ａの形状は、放射効率向上のため、図５に示すように、極先端が針状或いはブラシ状で極細か鋭角になっているものが好ましく、また、放射電極６ａの針やブラシの材質は、プラス高電圧で高周波直流パルスを印可してプラスイオンを生成可能な適宜の素材を用いることが可能であるが、例えばチタン、タングステン、炭素繊維等、高温、高電圧で酸化しづらいものとすることが好ましい。また、プラスイオンの放射量は放射電極６ａの針の本数やブラシ部分の断面積を変更して調整することが可能である。

また、上記実施形態のパルス信号発生回路をマイクロコンピュータ１に内蔵する構成に代え、例えば水晶発振素子や圧電素子による発信やＬＣ発信等のパルス信号を発信可能な外部装置と連動させることも可能であり、また、低燃費化装置１０を自動車等に設け、且つ混合気の燃焼点火の目的で自動車等に高電圧発生装置が設けられている場合には、その高電圧発生装置を上記低燃費化装置１０の昇圧機能に担う部分として利用或いは代替することができる。

次に、上記実施形態の低燃費化装置１０を車両の内燃機関２０に設置した場合の燃費実験の結果について説明する。

表１は車両に低燃費化装置１０を設け、プラスイオンを放射する場合と放射しない場合の双方で、ほぼ同一の一定距離を車両で走行し、燃料消費量や燃費や燃費向上率（効果率）を算出取得したものである。表１に於いて、ノーマルがプラスイオンの放射無し、装着がプラスイオンを放射したものである。実験では、車両を必要以上に加速せず、プラスイオンを放射した状態と放射しない状態とでほぼ同じ速度を維持した。尚、実験例の混合気に於ける燃料と空気の混合比は、約１：１４〜１：１５程度である。

表１の１回目〜４回目は、ガソリンエンジンを有する排気量２０００ｃｃ、既走行距離６５３００ｋｍのオデッセイ（登録商標、本田技研工業製）の燃焼用空気取入口、即ち、吸気管２２の吸気バルブ２３の近傍位置にプラスイオン放出部６及び放射電極６ａを取り付け、放射電極６ａにプラスの直流電圧１６ｋＶでパルス数５０ｋＨｚの直流パルスを印可し、約４０００万個／ｃｃの高密度プラスイオンを放射したものである。同様に、表１の５回目は、ガソリンエンジンを有する排気量２０００ｃｃのアコード（登録商標、本田技研工業製）の燃焼用空気取入口にプラスイオン放出部６及び放射電極６ａを取り付け、放射電極６ａにプラスの直流電圧１６ｋＶでパルス数５０ｋＨｚの直流パルスを印可し、約４０００万個／ｃｃの高密度プラスイオンを放射したものである。表１の６回目は、ディーゼルエンジンを有する排気量２５００ｃｃ、既走行距離１１７０００ｋｍのセドリック（登録商標、日産自動車製）の燃焼用空気取入口にプラスイオン放出部６及び放射電極６ａを取り付け、放射電極６ａにプラスの直流電圧１６ｋＶでパルス数５０ｋＨｚの直流パルスを印可し、約４０００万個／ｃｃの高密度プラスイオンを放射したものである。

表１の実験結果から、高い燃費向上率（効果率）が得られ、プラスイオンの照射で混合気の燃焼が完全燃焼の状態に近づき、車両の出力や燃費が大幅に向上したことが分かる。尚、３回目はプラスイオンを放射した場合の実験中に渋滞で所要時間が２倍近くになったことに起因し、燃費向上率（効果率）が比較的低い値に留まっている。また、６回目のディーゼルエンジンの場合に、排気ガスが伴う微粒子をスモークテスターで計測した結果、ノーマル（プラスイオン放射無し）の場合のスモークテストでは１７％、装着（プラスイオン放射有り）の場合のスモークテストでは１３％という値が得られ、微粒子が明らかに減少していた。また、排気ガス独特の異臭も消えていた。

表２は、ノーマルと装着の場合の燃費（＝合計走行距離／燃料消費量）と燃費向上率を取得したものであり、ガソリンエンジンを有する排気量１０００ｃｃのヴィッツ（登録商標、トヨタ自動車製）の燃焼用空気取入口、即ち、吸気管２２の吸気バルブ２３の近傍位置にプラスイオン放出部６及び放射電極６ａを取り付け、放射電極６ａにプラスの直流電圧１６ｋＶでパルス数５０ｋＨｚの直流パルスを印可し、約４０００万個／ｃｃの高密度プラスイオンを放射したものでである。

表３及び表４は、排気量が異なる車両に替えて表１と同様の実験を行ったものであり、表３はガソリンエンジンを有する排気量６６０ｃｃのロゴ（登録商標、本田技研工業製）の燃焼用空気取入口、表４はガソリンエンジンを有する排気量１３００ｃｃのバモス（登録商標、本田技研工業製）の燃焼用空気取入口にプラスイオン放出部６及び放射電極６ａを取り付け、放射電極６ａにプラスの直流電圧１６ｋＶでパルス数５０ｋＨｚの直流パルスを印可し、約４０００万個／ｃｃの高密度プラスイオンを放射したものである。

上記表１〜表４の車両の排気量と燃費向上率との関係を図６のグラフに示す。前記グラフから、約２０％の燃費向上率を得るには、排気量６６０ｃｃ〜１５００ｃｃ程度の車両では４０００万個／ｃｃのプラスイオンの放射で足りることや、排気量２０００ｃｃ以上の車両では４０００万個／ｃｃ以上のプラスイオン放射が必要であること等が考えられる。そして、燃焼に供給する混合気に高密度のプラスイオンを放出することにより、混合気の酸化を促進し、完全燃焼に近い高燃焼性に近づけ、燃焼効率を５．４９〜３８．１５％程度高めることが可能であり、また、燃焼に伴って生ずる微粒子を著しく減少することができる。

尚、プラスイオンの放射で燃焼効率が高まる現象を、ブンゼン灯の空気取入口に高密度プラスイオンを放射する装置を設置し、ブンゼン灯の点火後に高密度プラスイオンの放射をＯＮ−ＯＦＦし、その炎の状態を観察することで検証した。その結果、高密度プラスイオンを放射した場合より放射しない場合の方が炎の状態が鈍角になり、燃焼速度が遅くなった。この燃焼速度の変化は、燃焼用空気に対する高密度プラスイオンの付加が燃焼に明らかに影響していることを示している。前記燃焼速度の変化のメカニズムとしては、燃焼用空気中の水分が高密度プラスイオンによって分解し、ＯＨ⁻とＨ^＋のラジカルな状態となり、また高密度プライスイオンがＨ^＋に作用してＨ^ｎ＋と変化し、燃焼速度を上昇させていること等が推測される。

また、別例の低燃費化装置として、高電圧の発電機を併設している場合には、図７に示すように、点火プラグ４０の下端に挿設される柱状の中心電極４１の側部に放射電極４２を設け、車両エンジンの燃焼室内の混合気に、点火のための放電と同時に高密度高電圧のプラスイオンを放射して、より完全燃焼に近づいた燃焼を計る構成とすることも可能である。この場合には、新たな電源等を必要とせずに、且つ点火プラグ４０をプラスイオン放出部として併用して、低燃費化を図ることができる。尚、図７の点火プラグ４０に於いて、４３は上端に挿設された端子電極、４４は接地電極、４５はネジ部、４６は絶縁体である耐熱陶器部である。

本発明の燃焼機関の低燃費化装置は、例えば自動車の内燃機関、発電所や工場の焼却炉、ガスタービン等の外燃機関など、各種燃焼機関に利用することができる。

実施形態の低燃費化装置の回路図。低燃費化装置の放射電極を設置した内燃機関の燃焼室周辺を示す説明図。低燃費化装置の放射電極を設置した内燃機関の説明図。低燃費化装置の放射電極を設置した燃焼炉の説明図。放射電極の説明図。車両排気量と燃費向上率との関係を示すグラフ。別例の低燃費化装置である低燃費化点火プラグの正面図。

符号の説明

１０低燃費化装置
１パルス信号発生回路を内蔵するマイクロコンピュータ
２トランス
５昇圧整流回路
６プラスイオン放出部
６ａ放射電極
２０内燃機関
３０燃焼炉

Claims

燃焼機関で燃焼する燃焼用ガスにプラスイオンを生成するプラスイオン生成部を設けることを特徴とする燃焼機関の低燃費化装置。
前記プラスイオン生成部を燃焼用ガス供給管の燃焼室への取入口近傍若しくは燃焼室内若しくはその双方に設けることを特徴とする請求項１記載の燃焼機関の低燃費化装置。
前記プラスイオン生成部が燃焼用ガスに１０００万個／ｃｃ以上のプラスイオンを生成することを特徴とする請求項１又は２記載の燃焼機関の低燃費化装置。
前記プラスイオン生成部が少なくとも針状若しくはブラシ状の電極を有し、前記電極にプラスの直流パルス電圧を印可してプラスイオンを生成することを特徴とする請求項１、２又は３記載の燃焼機関の低燃費化装置。
前記電極に印加されるプラスの直流パルス電圧が電圧：２０００Ｖ以上でパルス数：１０ｋＨｚ以上であることを特徴とする請求項４記載の燃焼機関の低燃費化装置。