JP2006220126A - 車両用エンジンの燃焼効率改善剤、車両用エンジンの燃焼効率改善剤噴射装置および車両用エンジンの燃焼効率改善方法 - Google Patents

Abstract

【課題】既存のエンジンのエアフィルタ部分に単に噴霧するのみで、燃焼効率を改善することのできる車両用エンジンの燃焼効率改善剤、車両用エンジンの燃焼効率改善剤噴射装置および車両用エンジンの燃焼効率改善方法を提供する。
【解決手段】ケイ素、アルミニウム、リン、セリウムを含む天然鉱石を主原料とする１〜１０μｍの粉末を約１００倍の水に分散させた車両用エンジンの燃焼効率改善剤。この車両用燃焼効率改善剤を、車両のエンジンに外気を取り入れる部分のエアクリーナまたはエアフィルタに散布し、本車両用燃焼効率改善剤に含まれるセリウムによりマイナスイオンを含む空気をエンジン内に取り込んで、エンジンの燃焼効率を改善する。
【選択図】 なし

Description

本発明は、乗用車やトラック、バス等の車両用エンジンの燃焼効率を改善する技術に関する。

これらの車両のエンジンは、例えばガソリンエンジンの場合、空気１４に対しガソリン１ほどの割合で霧状にして吸入し、その混合気を８〜１０倍に圧縮して電気火花で点火させ、その爆発によるエネルギーを回転運動として取り出す。これらのエンジンにおいては、省エネルギーや大気汚染の観点から、燃焼効率を向上することが主要課題となっている。ガソリンと空気を混合する際、ガソリン液滴の表面積を大きくすること、すなわちできるだけ細かい霧とすることが重要である。

このような観点から、トルマリンの粉粒を担持した網目状の織布または不織布からなる空気活性化エレメントを、エンジンの既設のエアフィルタの直前に配設した内燃機関用燃費改善装置が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。

また、トリウムを含む天然鉱石を主原料とする粉末を塗料と混合した物を自動車のエアフィルタの繊維質に塗装するか、エンジンのエアーフローチューブに同原料を用いた装置を装着するか、またはエアフィルタ周囲のパンチングメッシュ加工の円筒にこれら原料を固定する等の装置で、接触した空気にフリーラジカルを発生させてこれを燃料と混合させることで、燃焼効率を改善する装置が開示されている（例えば、特許文献３参照）。

特開２００１−６５４１５号参照 特開２００１−６５４１６号参照 特開２００３−４２０１６号参照

前記特許文献１，２に使用されるトルマリンは、電気石とも称せられる硼素、アルミニウムなどを含む珪酸塩鉱物で、圧電性がいちじるしく、焦電性もある特殊な鉱石である。
また、特許文献３に使用されるトリウムは、アクチニド元素の一つで、放射能のあることが分かっている。

しかし、トルマリンやトリウムを用いた燃焼効率改善装置では、エンジンのエアフィルタの直前に取り付けたり、別部品を必要としたりするため、コストもかかるし、取り付け作業にも手間が掛かるという問題があった。

本発明は、既存のエンジンのエアフィルタ部分に単に噴霧するのみで、燃焼効率を改善することのできる車両用エンジンの燃焼効率改善剤、車両用エンジンの燃焼効率改善剤噴射装置および車両用エンジンの燃焼効率改善方法を提供することを目的とする。

前記の課題を解決するため、本発明の第１の構成は、ケイ素、アルミニウム、リン、セリウムを含む天然鉱石を主原料とする粉末を液体に分散させたことを特徴とする車両用エンジンの燃焼効率改善剤である。

本発明においては、セリウムを含む天然鉱石を主原料とし、これを例えば１〜１０μｍ程度に粉砕して粉末を製造し、その粉末を液体、例えば水に分散させる。その粉末は、水には溶解しないので、使用時はよく拡散させてエンジンのエアフィルタの部分に吹き付ける。セリウムは、元素記号Ｃｅ，原子番号５８，原子量１４０．１で、希土類元素（ランタノイド）の１つである。性質としては、少しやわらかい金属で、空気中で酸化され，１６０℃で発火する。ライター石などに用いる発火合金のほか、合金の高温での性質を改良するために添加される。モナズ石，サマルスキー石などの鉱物中に含まれる。酸化セリウムは、ガラスの脱色剤、研磨剤、紫外線遮断物質（ＵＶカット）に使われ、自動車の排ガス浄化用の触媒としても注目されている。このセリウムの存在により、マイナスイオンが生成され、燃料であるガソリンの霧化を促進させ、燃焼効率を改善させているものと考えられる。

本発明の第２の構成は、第１の構成においてケイ素が酸化物換算で約５０質量％、アルミニウム、リン、セリウムが酸化物換算でそれぞれ約１０質量％以上含むことを特徴とする車両用エンジンの燃焼効率改善剤である。これは、鉱石を蛍光Ｘ線（ＥＤＸ）分析した結果に基づくものである。

本発明の第３の構成は、第１または第２の構成において、前記主原料のほかに、ランタン、トリウム、イットリウム、ジルコニウムを酸化物換算で０．５〜３質量％含むことを特徴とする車両用エンジンの燃焼効率改善剤である。これらの物質は、微量であるが、放射能を発生するので、燃料であるガソリンの微粒子化を促進させているものと考えられる。

本発明の第４の構成は、前記第１〜第３のいずれかの車両用燃焼効率改善剤を霧状に噴射させるノズルを設けたことを特徴とする車両用エンジンの燃焼効率改善剤噴射装置である。
この噴射装置を用いてエンジンのエアフィルタ部分に前記の車両用燃焼効率改善剤を噴霧することで、既存のエンジンの構造のままで、燃焼効率を改善することができる。

本発明の第５の構成は、前記第１〜第３のいずれかの車両用燃焼効率改善剤を、車両のエンジンに外気を取り入れる部分のエアクリーナまたはエアフィルタに散布し、前記車両用燃焼効率改善剤に含まれるセリウムによりマイナスイオンを含む空気を前記エンジン内に取り込んで、エンジンの燃焼効率を改善することを特徴とする車両用エンジンの燃焼効率改善方法である。
この方法を施すことにより、既存の車両のエンジンの燃焼効率を改善することができる。

本発明によれば、既存のエンジンのエアフィルタ部分に単に噴霧するのみで、燃焼効率を改善することができ、不完全燃焼による一酸化炭素、ハイドロカーボンの発生量を著しく低減できる。

以下、本発明の実施の形態を説明する。
本実施の形態の車両用エンジンの燃焼効率改善剤は、天然鉱石を１〜１０μｍに粉砕したものを用いた。その成分を蛍光Ｘ線（ＥＤＸ）分析法により分析した結果を表１に示す。

ここで、蛍光Ｘ線（ＥＤＸ）分析法は、簡易分析の一つの方法で、主に検出された元素を酸化物にし、トータル約１００％にて算出する方法である。Ｆ（フッ素）については、蒸留−吸光光度法により測定した。

この分析結果により、主成分はケイ素（Ｓｉ）であり、副成分としてアルミニウム（Ａｌ），リン（Ｐ），セリウム（Ｃｅ）がほぼ同程度含まれることが判明した。そのほかに、ランタノイド系列のランタン（Ｌａ）と、アクチノイド系列のトリウム（Ｔｈ）と、遷移元素のイットリウム（Ｙ），ジルコニウム（Ｚｒ）が３％〜１％未満程度含まれていることが分かった。鉱石に含まれるランタン、トリウム、イットリウム、ジルコニウムは自然放射性物質であり、放射線を放射するが、微量であるのと、液体に分散させることにより、安全基準を満たしたものが得られた。

この粉末１部を、水９９部（質量部）に入れて、燃焼効率改善剤を作り、ディメチルエーテル４部に対し、６部を混ぜて、撹拌ボール入りスプレー缶に充填した。前記の粉末は、水やディメチルエーテルに溶けない成分があるので、しばらく放置すると容器の底部に沈殿する。使用するときは、よく振って噴霧する。

この燃焼効率改善剤を、一つ星認定車（平成12年に規定された自動車の排出ガス規制値よりも２５％以上低減した車）の新車のエンジンのエアフィルタに、５０ｃｃ噴霧した後、アイドリング状態で、エンジンの各種機能について測定した。表２，表４，表６は本実施の形態の燃焼効率改善剤を使用しない場合（比較例）、表３，表５，表７は使用した場合（実施例）を示している。表２〜表７は分けて記載しているが、比較例、実施例における各データは、それぞれ同じ時刻における計測値である。

そのほか、排気ガス中の一酸化炭素濃度とハイドロカーボンの濃度を測定したところ、一酸化炭素濃度は１／２以下、ハイドロカーボン濃度は１／４以下に低減していた。

自動車の電子制御燃料噴射装置においては、エンジンに送られる空気の流入量を測定するエアフローセンサ、エンジンに送られる空気の温度を測定する吸気温センサ、冷却水温度を測定する水温センサ、排気管内の酸素濃度を測定するＯ₂センサ、絞り弁の開度を検出するスロットルセンサ等のデータに基づいて適正な空燃比を計算し、基本噴射量、燃料噴射パルス、点火時期を割り出して、燃料を噴射し、エンジンを最適な状態で運転させるように制御する。

このような電子制御が行われていることを念頭に置いて表２〜表７のデータを検討することにより、次のことが判明した。
（１）エアフローセンサの出力は、比較例では１．２７と１．２８Ｖの間となったが、実施例では１．２４〜１．２６Ｖの間となり、エアフローが低めになっていた。これは、少ない空気量でも、完全燃焼しているものと推測される。
（２）基本噴射量は、比較例では３．２〜３．３ｍｓｅｃであったのに対し、実施例では３．０であり、１割程度、低い噴射量となった。アイドリング時で１割低い噴射量で済むということは、走行時にはさらに噴射量が低くなることが想定され、燃費が改善されたと考えられる。
（３）コンピュータで制御されている噴射パルスは、比較例では２．４〜２．５ｍｓｅｃであったのに対し、実施例では２．３ｍｓｅｃで安定しており、点火時期の安定につながり、電子制御によく追随していることが分かった。
（４）Ｏ₂センサの出力は、比較例では０．１０〜０．２３Ｖであり、実施例では０．７４〜０．７７Ｖと高い値を示した。Ｏ₂センサモニタは、空燃比が理論空燃比に比べて薄いか濃いかを調べるものであり、比較例ではＬＥＡＮ（薄い）という表示を示したのに対し、実施例ではＲＩＣＨ（濃い）という表示を示した。これにより、排気ガス中の酸素濃度が高く、完全燃焼していることが示された。
（５）エンジン回転数は、比較例では時間の変動により３．６％程度の変動が見られたが、実施例では、１．７％と、約半分に変動が抑えられており、安定した回転が得られることが判った。

以上のことより、燃焼効率が改善され、それにより一酸化炭素、ハイドロカーボンの濃度が低減し、燃費向上とともに、排気ガス抑制効果が向上することが判明した。

本発明は、既存のエンジンのエアフィルタ部分に単に噴霧するのみで、燃焼効率を改善することができ、不完全燃焼による一酸化炭素、ハイドロカーボンの発生量の顕著な低減を図ることのできる技術として、乗用車、トラック、バス等の車両の分野に利用することができる。

Claims (5)

1. ケイ素、アルミニウム、リン、セリウムを含む天然鉱石を主原料とする粉末を液体に分散させたことを特徴とする車両用エンジンの燃焼効率改善剤。
2. ケイ素が酸化物換算で約５０質量％、アルミニウム、リン、セリウムが酸化物換算でそれぞれ約１０質量％以上含むことを特徴とする請求項１記載の車両用エンジンの燃焼効率改善剤。
3. 前記主原料のほかに、ランタン、トリウム、イットリウム、ジルコニウムを酸化物換算で０．５〜３質量％含むことを特徴とする請求項１または２に記載の車両用エンジンの燃焼効率改善剤。
4. 請求項１〜３のいずれかの項に記載の車両用燃焼効率改善剤を霧状に噴射させるノズルを設けたことを特徴とする車両用エンジンの燃焼効率改善剤噴射装置。
5. 請求項１〜３のいずれかの項に記載の車両用燃焼効率改善剤を、車両のエンジンに外気を取り入れる部分のエアクリーナまたはエアフィルタに散布し、前記車両用燃焼効率改善剤に含まれるセリウムによりマイナスイオンを含む空気を前記エンジン内に取り込んで、エンジンの燃焼効率を改善することを特徴とする車両用エンジンの燃焼効率改善方法。