JP2008038628A

JP2008038628A - 排気ガス中の有害成分の低減装置

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Publication number: JP2008038628A
Application number: JP2006210181A
Authority: JP
Inventors: Toshiharu Fukai; 利春深井
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-08-01
Filing date: 2006-08-01
Publication date: 2008-02-21

Abstract

【目的】エンジンからの排気ガスの未燃焼成分のうちのＨＣ，ＮＯｘを大幅に減少させることができ、しかも同時に燃料消費率向上させることができる排気ガス中の有害成分の低減装置を提供するものである。
【解決手段】エアクリーナー１０の上流側に黒曜石２４を備え、黒曜石２４に接触した空気をエアクリーナー１０を経由してエンジン１８に導入する。これにエンジン１８からの排気ガスの未燃焼成分のうちＨＣ，ＮＯｘを大幅に減少させることができ、かつ燃料消費率を向上させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車等のエンジンから排出される排気ガスの有害成分の幾つかを減少させるための排気ガス中の有害成分の低減装置に関する。

自動車等のエンジンから排出される排気ガスには、燃焼されなかった未燃焼成分としてＣＯ（一酸化炭素），ＨＣ（炭化水素），ＮＯｘ（窒素酸化物）等が含まれている。従来から、排気ガスの中の未燃焼成分であるＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘは有害成分であるために、これらＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘを減少させると共に、燃料消費率を向上させるための発明が従来から多くなされている。特に、エアフィルターを通してエンジンに導入される空気に改良を加えて、ＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘを減少させ、燃料消費率を向上させる発明が、最近提案されてきている。

例えば特許文献１では、遠赤外線を放射する磁性体（粘土、黒鉛珪素化合物、セラミックパウダー、小野鉱石を混練し焼成して作製して成るもの）を自動車等のエアフィルターの周囲に取付けることで、ＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘを減少させ、かつ燃料消費率を向上させることが示されている。

特開２０００−３２４７７号公報

特許文献１では、遠赤外線を放射する磁性体を自動車等のエアフィルターの周囲に取付けるもので、エアフィルターに遠赤外線を放射することで、エアフィルターを通過する空気に遠赤外線によって燃焼を向上させるための影響を与えるものである。しかし、空気に遠赤外線による影響を与える磁性体は直接空気に触れるものではないので、ＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘを減少させるといっても、その減少率は少ないものであると考えられる。

本発明はこの点に鑑みてなされたもので、エンジンからの排気ガスの未燃焼成分のうちのＨＣ，ＮＯｘを大幅に減少させることができる排気ガス中の有害成分の低減装置を提供することを目的とする。

本発明に係る排気ガス中の有害成分の低減装置は、エアクリーナーから吸気通路を経てエンジンに空気を導入する燃焼装置において、エアクリーナーの上流側に黒曜石を備え、前記黒曜石に接触した空気をエアクリーナーから吸気通路を経由してエンジンに導入することを特徴とするものである。本発明は、前記黒曜石を多数の粒状のものとし、その多数の粒状の黒曜石を網の中に収容したことを特徴とするものである。本発明は、前記黒曜石の上流側か下流側かのいずれかにトルマリンと金属とを混合した混合物を配置し、前記黒曜石と前記混合物とに相前後して空気を接触させ、その空気をその後前記エアクリーナーに導入することを特徴とするものである。本発明は、前記トルマリンを多数の粒状のものとし、前記金属を多数の板状のものとしたことを特徴とするものである。本発明は、前記金属をアルミニウムまたはステンレスとしたことを特徴とするものである。本発明は、前記多数のトルマリンと前記多数の金属との混合物を内部に空気が通過可能な容器内に収容し、前記多数のトルマリンと前記多数の金属を前記容器内で互いに接触しながら自由に移動可能としたことを特徴とするものである。本発明は、前記エアクリーナーを前記エアクリーナーケースで保持し、そのエアクリーナーケースに前記容器を固定したことを特徴とするものである。

本発明は、黒曜石に接触した空気をエアクリーナーから吸気通路を経由してエンジンに導入するものである。空気には水分を含んでおり、その空気中の水分が黒曜石に接触することで、エンジンに導入される空気中の水分にヒドロニウムイオン（Ｈ₃Ｏ⁺）と、ヒドロキシルイオン（Ｈ₃Ｏ₂ ^-）とを帯びることになり、その結果、エンジンからの排気ガス中の未燃焼成分であるＨＣ，ＮＯｘを大幅に低減することができる。また、燃料消費率も向上させることができる。

黒曜石の上流位置か下流位置かのいずれかトルマリンと金属との混合物を配置し、黒曜石と混合物とに相前後して空気を接触させ、その空気をその後、エンジンに導入するものである。トルマリンと金属は車体等の振動によって互いに衝突することで、トルマリンと金属との混合物が電気を帯び、空気がトルマリンと金属との混合物を通過することによって、そこを通過する空気中の水分にもヒドロニウムイオン（Ｈ₃Ｏ⁺）と、ヒドロキシルイオン（Ｈ₃Ｏ₂ ^-）を帯びることになる。その結果、黒曜石と混合物とに相前後して接触した空気をエンジンに導入した場合に、エンジンからの排気ガス中のＮＯｘを特に大幅に低減することができる。

本発明は、黒曜石と接触した空気をエアフィルターからエンジンに導入することで排気ガス中の有害成分を減少させることができる。

次に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る排気ガス中の有害成分の低減装置の一実施例を示す構成図である。エアフィルター１０を内部に備えたエアフィルターケース１２は、内部に吸気通路１４を形成したインテークマニホールド１６と連結固定されており、そのインテークマニホールド１６はエンジン１８と連結固定されている。エアフィルターケース１２の一方側は大気側に開口しており、エンジン１８へ導入される空気は、エアフィルター１０で塵等を除去して、その後吸気通路１４からエンジン１８に導入される。エンジン１８に至る手前位置のインテークマニホールド１６に燃料供給装置２０が取付けられ、燃料供給装置２０から吸気通路１４に燃料が供給される。その供給された燃料と空気とが吸気通路１４内で混合されて混合気となり、その混合気がエンジンに導入される。エンジン１８は自動車用エンジンだけでなく、二輪車や船舶や飛行機等の各種のエンジンにも適用できる。

エアフィルターケース１２の大気開口部（上流側）には第一ケース２２が固定され、その第一ケース２２の内部には、多数の黒曜石２４を収容した網２６が備えられている。黒曜石２４は例えば５ｍｍ〜２０ｍｍ粒程度の大きさに細かく砕き、それを網２６の内部に充填する。多数の黒曜石２４を充填した網２６を、エアフィルターケース１２の上流側開口部を覆うように配置し、しかもエアフィルター１０に導入する空気が必ず黒曜石２４に接触するように設定する。なお、黒曜石２４は１個の大きな塊に多数の貫通穴を形成して、その貫通穴に空気を通過させるようにしても良いが、黒曜石２４を小さい粒状とすることで、黒曜石２４の量を少なくしてコストを低減することができる。

黒曜石２４は、マイナス電子を帯びている岩石である。空気は水分を含んでいるので、空気が黒曜石２４を通過すると、空気中の水分の一部は水素イオン（Ｈ⁺）と水酸化イオン（ＯＨ^-）とに分離すると共に、分離した水素イオン（Ｈ⁺）にｅ^-（マイナス電子）が結合する。
Ｈ₂Ｏ → Ｈ⁺ ＋ＯＨ^- ……(1)
２Ｈ⁺ ＋２ｅ^- → Ｈ₂ ……(2)
Ｈ₂Ｏ＋Ｈ⁺ → Ｈ₃Ｏ⁺ ……(3)
Ｈ₃Ｏ⁺ ＋Ｈ₂Ｏ → Ｈ₃Ｏ₂ ^- ＋２Ｈ⁺ ……(4)
以上のように、空気が黒曜石２４を通過することによって、空気中の水分には、水素イオン（Ｈ⁺）と、水酸化イオン（ＯＨ^-）と、ヒドロニウムイオン（Ｈ₃Ｏ⁺）と、ヒドロキシルイオン（Ｈ₃Ｏ₂ ^-）とが加えられる。また、水素（Ｈ₂）が発生する。更に、黒曜石２４のマイナス電子によって、空気中の水分の酸化還元電位が例えば＋３４０mmＶから−２０〜−２４０mmＶになる。

ここで、黒曜石２４を備えない通常の場合（以下、「装着前」とする）と、エアフィルター１０の上流側に黒曜石２４を備え、黒曜石２４を通過した空気をエンジン１８へ導入した場合（本発明の実施例１）（以下、「装着後」とする）とにおける排出ガス試験結果と燃料消費率との試験結果について、図２及び図３に基づいて説明する。図２において、（１）の「ガソリン自動車の特性改善対策装置等試験結果記録表」は試験のタイトルである、（２）の「試験機関財団法人日本自動車輸送技術協会」は、日本国政府が公認した試験機関であり、この試験機関で図２並びに図３の試験を行った。（３）の「発行場所：昭島研究室、電話番号０４２−５４４−１００４」は（２）の「財団法人日本自動車輸送技術協会」における試験結果の証明書の発行部門である。図２には住所は記載されていないが、住所は「〒196-0001東京都昭島市美堀町４−２−２」である。（４）は「試験内容」であり、その具体的内容は「創生ワールド株式会社（発明者兼出願人が代表である会社）の依頼より、装置名称「燃費削減君」（商標）をエアークリーナーボックス内への装着前・装着後におけるアイドリング排出ガス実験、及びガソリン１０・１５モード排出試験を実施した。試験は、装置等装着前・装着後の順で実施した。」である。図２において、（１）〜（４）に示す以外の箇所は要部ではないので説明を省略する。但し、この実験は、（５）装着前も装着後も、同一の自動車「社名：トヨタ、型式：ＤＢＡ−ＵＺＳ１８７、車体番号：ＵＺＳ１８７−０００４０１３」を使用して実験を行った。

図３は実験結果を示した頁であり、実験は、排出ガス内に含まれるＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ、ＣＯ2と、燃料消費率について行った。図３の（６）の「１０・１５モード走行状態の排出ガス試験及び燃料消費率」は、実験の具体的内容を示すものである。（７）の箇所が、「装着前」と「装着後」における排出ガスのＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ、ＣＯ2の数値を示す箇所である。（８）が燃料消費率を示す箇所である。図３において、（６）〜（８）に示す以外の箇所は要部ではないので説明を省略する。

図３における（７）の試験結果（排出ガスの排出量）の数値を以下に列挙する。なお、比率は、「装着前」と「装着後」の数値の比率を示すものである。
ノーマル本発明（実施例１）比率
１．ＣＯ（一酸化炭素） 0.034g/Km 0.038g/Km ＋12％
２．ＨＣ（炭化水素） 0.002g/Km 0.001g/Km −50％
３．ＮＯｘ（窒素酸化物） 0.004g/Km 0.003g/Km −25％
４．ＣＯ2 （二酸化炭素） 282.9g/Km 275.9g/Km −2.5％
５．燃料消費率 8.4Km/L 8.6Km/L ＋2.4％

この試験結果において、黒曜石２４の装着前と装着後では、ＣＯについては１２％増加している。しかし、ＨＣは５０％減少し、ＮＯｘは２５％減少し、ＣＯ2は２．５％減少した結果となっている。このように、本発明の実施例１によれば、排気ガス中の有害成分であるＨＣとＮＯｘとを大幅に減少させ、更にＣＯ2を小幅ではあるが減少させることができた。また、図２の（８）に示すように、燃料消費率は２．４％向上させることができた。なお、図２の（２）に示すように、日本国政府が公認した試験機関である「試験機関財団法人日本自動車輸送技術協会」が試験をしたものであることから、図３の（７）（８）の試験結果は客観的に正しい数値であることが分かる。

次に、本発明の他の実施例を図４に基づいて説明する。図４において図１と同一符号は同一部材を示す。エアフィルター１０を内部に備えたエアフィルターケース１２の大気側開口部には、第二ケース２８が固定される。その第二ケース２８の内部には、多数の粒状のトルマリン３０と多数の板状の金属３２とを内部に収納した容器としての網３４が取付けられる。ここで、板状の金属３２は、安価で錆びないことから、アルミニウムやステンレスが望ましい。第二ケース２８におけるエアフィルターケース１２の反対側には、前記第一ケース２２が固定され、その第一ケース２２の内部に、多数の黒曜石２４を収容した網２６が備えられる。なお、容器３４は網だけでなく、剛性のある金網で作っても良い。更に、容器３４を金網で作ることで、第二ケース２８を兼ねても良い（容器３４と第二ケース２８との一方を省略しても良い）。

多数の黒曜石２４を収容した網２６は、第一ケース２２の内部の全域に広げられ、エアフィルター１０に向かう空気は必ず黒曜石２４に接触するよう設定する。また、多数の粒状のトルマリン３０と多数の板状の金属３２収容した網３４は、第二ケース２８の内部の全域に広げられ、黒曜石２４を経てエアフィルター１０に向かう空気は必ずトルマリン３０と金属３２との混合物に接触するよう設定する。

なお、網３４内に収容される多数の粒状のトルマリン３０と多数の板状の金属３２は、網３４の内部で自由で動くことができるように設定する。即ち、多数の粒状のトルマリン３０と多数の板状の金属３２が、網３４の内部で互いに移動可能でかつ互いに衝突可能なように、網３４の内部に入れる多数の粒状のトルマリン３０の量と多数の板状の金属３２の量とを、網３４の容積より少ない量とする。言い換えると、自動車等の振動によって、網３４の内部に入れた粒状のトルマリン３０と板状の金属３２とが移動し衝突して、互いに擦れ合うことができるように設定する。

トルマリンは、プラスの電極とマイナスの電極とを有するもので、このプラスの電極とマイナスの電極によって、水分に４〜１４ミクロンの波長の電磁波を持たせ、かつ水分のクラスターを切断してヒドロニウムイオン（Ｈ₃Ｏ⁺）を発生させることができる。その４〜１４ミクロンの波長の電磁波が持つエネルギは０．００４ｗａｔｔ／ｃｍ²である。ここで、トルマリン３０とは、トルマリン石を細かく砕いたものであっても良いが、トルマリンとセラミックと酸化アルミニウム（銀を含むものもある）との重量比を約１０：８０：１０とする市販のトルマリンペレットと呼ばれるトルマリン混合体であっても良い。このトルマリンペレットに含まれるセラミックは、プラスの電極とマイナスの電極を分離しておく作用をする。ここで、トルマリン３０をセラミックに対し重量比１０％以上の割合で混合させて８００°Ｃ以上で加熱することで良好なトルマリン３０を作ることができる。

金属３２はプラスイオンを有するものであればどんなものであっても良いが、安価で水によって錆を発生させたり水に溶けたりしないアルミニウムやステンレスが望ましい。なお、金属３２は、同じ重量でトルマリン３０との接触割合が多くなることから、板状とすることが望ましい。トルマリン３０と金属３２との重量比は、１０：１〜１：１０が望ましい。トルマリン３０と金属３２を入れた容器３４を保持する第二ケース２８は、エアフィルターケース１２に固定される。このため、自動車等の振動によって、容器３４内のトルマリン３０と金属３２とが互いに勢いよく衝突攪拌する。

トルマリン３０と金属３２とが衝突して擦れ合うことによって、トルマリン３０にはプラスイオンとマイナスイオンとが大量に発生し、空気中に含まれる水分（Ｈ₂Ｏ）の一部は水素イオン（Ｈ⁺）と水酸化イオン（ＯＨ^-）とに分離する。
Ｈ₂Ｏ → Ｈ⁺ ＋ＯＨ^- ……(1)
更に、水素イオン（Ｈ⁺）と水分（Ｈ₂Ｏ）とによって、界面活性作用を有するヒドロニウムイオン（Ｈ₃Ｏ⁺）が発生する。
Ｈ₂Ｏ＋Ｈ⁺ → Ｈ₃Ｏ⁺ ……(3)
このヒドロニウムイオン（Ｈ₃Ｏ⁺）の一部は、空気中の水分（Ｈ₂Ｏ）と結びついてヒドロキシルイオン（Ｈ₃Ｏ₂ ^-）と水素イオン（Ｈ⁺）になる。
Ｈ₃Ｏ⁺ ＋Ｈ₂Ｏ → Ｈ₃Ｏ₂ ^- ＋２Ｈ⁺ ……(4)

以上のように、トルマリン３０と金属３２とを空気が通過することによって、空気中の水分に、ヒドロニウムイオン（Ｈ₃Ｏ⁺）と、ヒドロキシルイオン（Ｈ₃Ｏ₂ ^-）と、水素イオン（Ｈ⁺）と、水酸化イオン（ＯＨ^-）が加えられる。以上のことから、黒曜石２４を通過した後の空気が、トルマリン３０と金属３２との混合物を通過することで、空気中の水分に更にヒドロニウムイオン（Ｈ₃Ｏ⁺）とヒドロキシルイオン（Ｈ₃Ｏ₂ ^-）とが加えられる。よって、ＨＣ、ＮＯｘ、ＣＯ2の更なる削減を達成することができる。

ここで、一番上流側に黒曜石２４を配置し、その下流側にトルマリン３０と金属３２との混合物を配置し、その下流側にエアフィルター１０を配置し、黒曜石２４と混合物とエアフィルター１０の順に通過した空気をエンジン１８へ導入した場合（以下、「装着後」とする）と、黒曜石２４も混合物も備えない通常の場合（以下、「装着前」とする）とにおいて、排出ガス試験結果と燃料消費率との試験結果について、図５に基づいて説明する。なお、図５において図２や図３と同一符号は同一部分を示す。

図５において、（９）の「自動車排出ガス試験結果成績表（１０・１５モード）」は試験のタイトルであり、これは図２の（１）「ガソリン自動車の特性改善対策装置等試験結果記録表」と表記が異なるだけであり、内容は同じである。
（１０）は、排出ガス内に含まれるＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ、ＣＯ2の「試験結果」である。（１１）は燃料消費率の試験結果である。この図５の「試験結果」は、図５の（５）「社名：トヨタ、型式：ＤＢＡ−ＵＺＳ１８７、車体番号：ＵＺＳ１８７−０００４０１３」と図２の（５）「社名：トヨタ、型式：ＤＢＡ−ＵＺＳ１８７、車体番号：ＵＺＳ１８７−０００４０１３」とが同じことから、同一の自動車を使用したものであることが分かる。

図５における（１０）、（１１）の試験結果（排出ガスの排出量）の数値を以下に列挙する。なお、ノーマルは、図３のノーマルの値をそのまま示した。
ノーマル本発明（実施例２）比率
１．ＣＯ（一酸化炭素） 0.034g/Km 0.037g/Km ＋9％
２．ＨＣ（炭化水素） 0.002g/Km 0.001g/Km −50％
３．ＮＯｘ（窒素酸化物） 0.004g/Km 0.001g/Km −75％
４．ＣＯ2 （二酸化炭素） 282.9g/Km 277.2g/Km −2％
５．燃料消費率 8.4Km/L 8.6Km/L ＋2.4％

この実施例２の試験結果の比率と、実施例１の試験結果の比率と比較すると、ＣＯ、ＨＣ、ＣＯ2、燃料消費率は、ほぼ同じか全く同じ結果となった。但し、ＮＯｘは、実施例１がノーマルに比べて２５％減少させることができたのに対し、実施例２はノーマルに比べて７５％減少させることができた。即ち、実施例２は、ＮＯｘを除いては実施例１と少なくとも同じ結果を得ることができ、その上、実施例２はＮＯｘに関して、実施例１の３倍の効果を達成することができた。

なお、実施例２では、エアフィルター１０に向かう空気は、最初に黒曜石２４に接触し、次にトルマリン３０と金属３２との混合物に接触するようにしたが、空気を最初にトルマリン３０と金属３２との混合物に接触させ、次に黒曜石２４に接触するようにしても良い。この場合でも、「自動車排出ガス試験結果成績表（１０・１５モード）」は、図５における排出ガス内に含まれる（１０）のＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ、ＣＯ2の「試験結果」の数値と（１１）の燃料消費率の「試験結果」の数値はほぼ同じになるものと考えられる。

本発明に係る排気ガス中の有害成分の低減装置を製造する装置の一実施例を示す構成図である。図１に示した装置での試験検査の書面の表紙である。図２の表紙と共に添付された該当頁である。本発明に係る排気ガス中の有害成分の低減装置を製造する装置の他の実施例を示す断面図である。図４に示した装置での試験検査の書面である。

符号の説明

１０エアフィルター
１２エアフィルターケース
１４吸気通路
１８エンジン
２４黒曜石
２６網
３０トルマリン
３２金属
３４容器

Claims

エアクリーナーから吸気通路を経てエンジンに空気を導入する燃焼装置において、エアクリーナーの上流側に黒曜石を備え、前記黒曜石に接触した空気をエアクリーナーから吸気通路を経由してエンジンに導入することを特徴とする排気ガス中の有害成分の低減装置。
前記黒曜石を多数の粒状のものとし、その多数の粒状の黒曜石を網の中に収容したことを特徴とする請求項１記載の排気ガス中の有害成分の低減装置。
前記黒曜石の上流側か下流側かのいずれかにトルマリンと金属とを混合した混合物を配置し、前記黒曜石と前記混合物とに相前後して空気を接触させ、その空気をその後前記エアクリーナーに導入することを特徴とする請求項１または２記載の排気ガス中の有害成分の低減装置。
前記トルマリンを多数の粒状のものとし、前記金属を多数の板状のものとしたことを特徴とする請求項３記載の排気ガス中の有害成分の低減装置。
前記金属をアルミニウムまたはステンレスとしたことを特徴とする請求項４記載の排気ガス中の有害成分の低減装置。
前記多数のトルマリンと前記多数の金属との混合物を内部に空気が通過可能な容器内に収容し、前記多数のトルマリンと前記多数の金属を前記容器内で互いに接触しながら自由に移動可能としたことを特徴とする請求項４記載の排気ガス中の有害成分の低減装置。
前記エアクリーナーを前記エアクリーナーケースで保持し、そのエアクリーナーケースに前記容器を固定したことを特徴とする請求項６記載の排気ガス中の有害成分の低減装置。