(57)【要約】【課題】  水及びまたは界面活性剤を使用する必要がないため内燃機関燃料に混合しても分離せず、しかも、排気ガス中の一酸化窒素、二酸化炭素を低減させ、燃費を向上させる、毒性の少ない内燃機関燃料改質剤および改質方法の提供。【解決手段】有機ゲルマニウムと例えばエチレングリコールのような２価アルコールをエステル結合させて化合物を生成させ、該化合物を、例えばメタノール、エタノール、プロパノール、イソプロピルアルコールなどの炭素数が１から３の１価アルコールに混合させることで内燃機関燃料改質剤を製造し、該改質剤を内燃機関燃料に添加することで、排気ガス中の一酸化窒素、二酸化炭素を低減させ、燃費を向上させる。【選択図】  図３
2006265481.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機ゲルマニウムと２価アルコールを重合させた化合物を含む内燃機関燃料改質剤。
【請求項２】
有機ゲルマニウムと２価アルコールを重合させた化合物と、炭素数が１から３の１価アルコールから１種類以上選ばれるアルコールとを含む内燃機関燃料改質剤。
【請求項３】
２価アルコールがエチレングリコールである請求項１または請求項２記載の内燃機関燃料改質剤。
【請求項４】
炭素数が１から３の１価アルコールが、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロピルアルコールのうちから１種類以上選ばれるアルコールである請求項１から請求項３記載の内燃機関燃料改質剤。
【請求項５】
有機ゲルマニウムと２価アルコールを重合させた化合物を内燃機関燃料に添加して該内燃機関燃料を改質する方法。
【請求項６】
有機ゲルマニウムと２価アルコールを重合させた化合物と、炭素数が１から３の１価アルコールから１種類以上選ばれるアルコールとを内燃機関燃料に添加して該内燃機関燃料を改質する方法。
【請求項７】
２価アルコールがエチレングリコールである請求項５または請求項６記載の内燃機関燃料を改質する方法。
【請求項８】
炭素数が１から３の１価アルコールが、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロピルアルコールのうちから１種類以上選ばれるアルコールである請求項５から請求項７記載の内燃機関燃料を改質する方法。
【請求項９】
【化１】
2006265481.tif 000005
で表される繰り返し単位を一つ以上有し、平均分子量２００以上６０００以下を有する化合物。
【請求項１０】
有機ゲルマニウムとエチレングリコールを１：１から１：５の範囲で混合し、１００℃から１６０℃の範囲で加熱しながら攪拌することによって得られるゲルマニウムを含む化合物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関燃料の改質剤および改質方法に係り、特に排気ガスの低公害化と燃費向上のために用いる、有機ゲルマニウムと２価アルコールをエステル結合で重合させた化合物および及びその製造方法および該化合物を用いる内燃機関燃料の改質剤及び改質方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機ゲルマニウムを用いた従来技術による内燃機関燃料の改質方法には次のようなものがあげられる。
特許文献１には、有機ゲルマニウムをガソリン等の炭化水素燃料に添加することで該燃料を改質し、排気ガス中の黒煙および一酸化窒素を低減させる発明が開示されている。
【０００３】
特許文献２には、有機ゲルマニウム及びまたは有機シリコン化合物を炭素数１から４のアルコールに混合し、この混合物をガソリン等の炭化水素燃料に添加することで該燃料を改質し、排気ガス中の黒煙および一酸化窒素を低減させる発明が開示されている。
【０００４】
特許文献３には、有機ゲルマニウムを水に溶解し、この溶液にメチルアルコールとエチルアルコールの混合物を添加し、続いて、界面活性剤を添加することによって燃焼促進剤を製造する方法が開示されている。
【０００５】
また、市販品としてゲルマニウム製品販売株式会社製、商品名「ゲルホーン」（登録商標）がある。この商品は有機ゲルマニウムと、水と、エタノールと、メタノールと、界面活性剤を混合したもので、この商品を内燃機関燃料に添加することで排気ガス中の黒煙を低減させ、燃料消費量を少なくすると謳われている。
さらに、従来技術には鉛アルキルや有機マンガンを使用するものがあった。
【特許文献１】特開昭５１−５８４０４号公報
【特許文献２】特開昭５６−８１３９３号公報
【特許文献３】特公平３−７５５９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述の従来技術による内燃機関燃料の改質剤及びまたは改質方法は、次のような不具合があった。
特許文献１は、特許文献２に記載されているように、有機ゲルマニウムは内燃機関燃料に混合しても溶解しにくく、特許文献１に記載されているような効果が得られるには、有機ゲルマニウムを内燃機関燃料に添加してから１週間以上もかかる、という不具合があった。
特許文献２は、混合するアルコールの種類によっては界面活性剤を使用することが必要であり、内燃機関燃料に添加・混合した場合、界面活性剤の終濃度が限界ミセル濃度（ＣＭＣ）を下回ると燃料タンク内で添加物が分離してしまい、所望の効果が得られなくなるという不具合があった。
特許文献３は、水を使用しているので、界面活性剤を使用することが必要であり、内燃機関燃料に添加・混合した場合、界面活性剤の終濃度が限界ミセル濃度（ＣＭＣ）を下回ると燃料タンク内で水が分離してしまい、所望の効果が得られなくなるという不具合があった。
商品名「ゲルホーン」（登録商標）は有機ゲルマニウムを水に溶解しているために、内燃機関燃料に混合するには界面活性剤が必要となり、これらの混合物を内燃機関燃料に添加・混合した場合、界面活性剤の終濃度が限界ミセル濃度（ＣＭＣ）を下回ると燃料タンク内で添加物が分離してしまい、所望の効果が得られなくなるという不具合があった。
鉛アルキルや有機マンガンを使用する従来技術は、鉛アルキルや有機マンガンが人体に対して有害であるという不具合があった。
【０００７】
本発明の目的は、前述の従来技術による不具合を除去することであり、水及びまたは界面活性剤を使用する必要がないため内燃機関燃料に混合しても分離せず、しかも、排気ガス中の一酸化窒素、二酸化炭素を低減させ、燃費を向上させる、毒性の少ない内燃機関燃料改質剤および改質方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、内燃機関燃料改質剤であって、有機ゲルマニウムと２価アルコールを重合させた化合物を含むことを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明は、内燃機関燃料改質剤であって、有機ゲルマニウムと２価アルコールを重合させた化合物と、炭素数が１から３の１価アルコールから１種類以上選ばれるアルコールとを含むことを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の発明は、前記請求項１または請求項２記載の内燃機関燃料改質剤であって、２価アルコールがエチレングリコールであることを特徴とする。
【００１１】
請求項４記載の発明は、前記請求項１から請求項３記載の内燃機関燃料改質剤であって、炭素数が１から３の１価アルコールが、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロピルアルコールのうちから１種類以上選ばれるアルコールであることを特徴とする。
【００１２】
請求項５記載の発明は、内燃機関燃料を改質する方法であって、有機ゲルマニウムと２価アルコールを重合させた化合物を内燃機関燃料に添加することを特徴とする。
【００１３】
請求項６記載の発明は、内燃機関燃料を改質する方法であって、有機ゲルマニウムと２価アルコールを重合させた化合物と、炭素数が１から３の１価アルコールから１種類以上選ばれるアルコールとを内燃機関燃料に添加することを特徴とする。
【００１４】
請求項７記載の発明は、前記請求項５または請求項６記載の内燃機関燃料を改質する方法であって、２価アルコールがエチレングリコールであることを特徴とする。
【００１５】
請求項８記載の発明は、前記請求項５から請求項７記載の内燃機関燃料を改質する方法であって、炭素数が１から３の１価アルコールが、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロピルアルコールのうちから１種類以上選ばれるアルコールであることを特徴とする。
【００１６】
請求項９記載の発明は、
【化２】
2006265481.tif 000003
で表される繰り返し単位を最低１つ有し、平均分子量２００以上６０００以下を有する化合物である。
【００１７】
請求項１０記載の発明は、有機ゲルマニウムとエチレングリコールを１：１から１：５の範囲で混合し、１００℃から１６０℃の範囲で加熱しながら攪拌することによって得られるゲルマニウムを含む化合物である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明による内燃機関燃料改質剤および内燃機関燃料を改質する方法は、水及びまたは界面活性剤を使用する必要がないため内燃機関燃料に混合しても分離せず、しかも、排気ガス中の一酸化窒素、二酸化炭素を低減させ、また、燃費が向上し、人体に対する毒性も少ない、という多くの優れた効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明による内燃機関燃料の改質剤または改質方法の一実施形態を詳細に説明する。
＜図の説明＞
図１は、有機ゲルマニウムの構造式である。
図２は、エチレングリコールの構造式である。
図３は、有機ゲルマニウムとエチレングリコールのエステル結合による重合で生成した化合物の構造式である。
図４は、アイドリング状態の排出ガス試験結果である。
図５は、１０・１５モード走行状態の排出ガス試験及び燃料消費率の結果を示した図である。
図６は、走行速度を上げた場合の１０・１５モード走行状態の排出ガス試験及び燃料消費率の結果を示した図である。
図７は、本発明の化合物の赤外線吸収スペクトル測定結果である。
図８は、走行試験の試験結果である。
【００２０】
＜内燃機関燃料改質剤の構成＞
本実施形態による内燃機関燃料改質剤は、ガソリン等の炭化水素燃料に添加することにより、燃費を向上させて排気ガス中の一酸化窒素や二酸化炭素を低減させ、人体に対する毒性も低減させるものであって、図１に示す構造式の有機ゲルマニウムと、２価アルコール、例えば図２に示す構造式のエチレングレコールを重合させることにより図３に示す如きエステル結合した化合物を含有する様に構成される。
また、本実施形態による内燃機関燃料改質剤は、前記有機ゲルマニウムと２価アルコールを重合させた化合物に、炭素数が１から３の１価アルコールから１種類以上選ばれるアルコールを含ませる様に構成される。
前記実施形態における２価アルコールは、エチレングリコールを使用することができ、前記炭素数が１から３の１価アルコールから１種類以上選ばれるアルコールは、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロピルアルコールのうちから１種類以上選ばれるアルコールを選択することが望ましい。
【００２１】
＜内燃機関燃料改質剤の使用方法＞
本発明の内燃機関燃料の改質剤は、内燃機関燃料に添加して使用するものである。実際には、自動車等の内燃機関を有する機材の燃料タンクに直接添加して用いる。
内燃機関燃料の代表的なものとしては、ジェット燃料、ガソリン、軽油などが挙げられる。
【００２２】
＜本発明の化合物の製造方法＞
まず、有機ゲルマニウムとエチレングリコールを混合する。有機ゲルマニウムの構造式は図１に示す。また、エチレングリコールの構造式は図２に示す。
有機ゲルマニウムとエチレングリコールの混合比は、好ましくは１：１から１：５である。より好ましくは２：５である。
混合時の温度は１００℃から１６０℃、好ましくは１２５℃である。
反応方法は有機ゲルマニウムとエチレングリコールを混合し、前記温度を維持しながら攪拌する。反応は３０分から４０分で終了する。
図３に示したように、混合することにより有機ゲルマニウムとエチレングリコールが脱水しエステル結合を起こす。これにより有機ゲルマニウムとエチレングリコールは重合し、化合物が生成する。脱水した水分子はゲルマニウムに結合する酸素と共有結合するので、水は分離することはない。
【００２３】
＜本発明の化合物の性状＞
上記のようにして製造した本発明の化合物は以下の性状を持つ。
・繰り返し単位
本発明の化合物下記の式で表される繰り返し単位が１つ以上含まれている。
【化３】
2006265481.tif 000004
・平均分子量        ：２２３
ただし、反応の条件にとっては２００以上６０００以下の多種類の化合物ないし高分子化合物が生成される。
・水への溶解        ：可溶
・比重              ：１．１
・色                ：無色透明
・融点              ：３６℃
・分解温度          ：１９０℃
・吸湿性            ：あり
・外見              ：シロップ状液体
室温においては白色の粘性をもった物質
・有機溶剤への可溶性：エチルアルコール、イソプロピルアルコールに可溶
軽油、重油、メチルアルコールには不溶
・赤外線吸収スペクトル：測定結果を図７に示す。
赤外線吸収スペクトルの測定方法は、以下に示す。
・分析機関          ：財団法人日本食品分析センター
・測定日時          ：２００５年３月１６日
・分析方法          ：液膜法
・分解              ：２ｃｍ−１
・積算回数          ：４０
・アポダイゼーション：Ｃｏｓｉｎｅ
【００２４】
＜内燃機関燃料改質剤の製造方法＞
次に、アルコール類、石油（ニトロメタン）を次の終濃度になるように添加する。
・本発明の有機ゲルマニウム高分子：０．１％〜１０％、好ましくは７％
・エタノール：５％〜４０％、好ましくは２０％
・メタノール：０％〜４０％、好ましくは０％
・イソプロピルアルコール：５％〜４０％、好ましくは３５％
・石油（ニトロメタン）：１５％〜４０％、好ましくは３５％
【００２５】
＜自動車での燃焼実験＞
本発明の内燃機関燃料改質剤を次のように調製した。
・有機ゲルマニウム高分子：７％
・エタノール：２０％
・メタノール：３％
・イソプロピルアルコール：３５％
・石油（ニトロメタン）：３５％
【００２６】
この内燃機関燃料改質剤を用い、財団法人日本自動車輸送技術協会および有限会社ゼロサンオートで燃焼試験を行った。
＜試験の内容＞
前記内燃機関燃料改質剤を燃料タンクへの添加前・添加後におけるアイドリング排出ガス試験およびガソリン１０・１５モード排出ガス試験を実施した。
試験は、前記内燃機関燃料改質剤添加前・添加後の順に実施した。添加後の試験は、前記内燃機関燃料改質剤をガソリン５０リットルに対し２００ｃｃを直接燃料タンクに注入し、アイドリング運転を３０分間実施後、エンジンを停止し、９０分間放置した後に実施した。
【００２７】
実験に使用した自動車はトヨタ自動車株式会社製２００１年型イプサム（型式ＴＡ−ＡＣＭ２１Ｗ）を使用した。この自動車は、乗用自動車であり、４サイクル４気筒のエンジンを有し、排気量は２．３６２リットルであり、自動変速機を有し、試験自動車重量は１５９０ｋｇであり、無鉛ガソリンを使用する。
【００２８】
試験に使用した計測機器は、いずれも株式会社堀場製作所製のシャシダイナモメーター（ＲＤＤＹ−４１１０型）、排出ガス分析装置（ＭＥＸＡ−９４００型）、排出ガス定容量採取装置（ＣＶＳ―９１００型）を用いた。
【００２９】
＜アイドリング状態の排出ガス試験結果＞
図４に結果を示す。前記内燃機関燃料改質剤添加前と添加後を比べると、ギヤ位置ニュートラル（Ｎ）でＣＯ２濃度が１４．８％から１４．７％へと若干低減していることが確認された。
【００３０】
＜１０・１５モード走行状態の排出ガス試験及び燃料消費率＞
図５に結果を示す。
まず、試験速度を２０ｋｍ／ｈ、４０ｋｍ／ｈ、６０ｋｍ／ｈとして試験した。前記内燃機関燃料改質剤添加前と添加後を比べると、希釈排出ガス濃度がＮＯｘで０．９３ｐｐｍから０．７７ｐｐｍへ改善され、またＣＯ２で０．５２２％から０．５１６％へ改善されていることが確認された。また、正味濃度がＮＯｘで０．８８ｐｐｍから０．６９ｐｐｍへ改善され、またＣＯ２で０．４８３％から０．４７７％へ改善されていることが確認された。
【００３１】
次に、試験速度を８０ｋｍ／ｈ、９０ｋｍ／ｈとして試験した。前記内燃機関燃料改質剤添加前と添加後を比べると、希釈排出ガス濃度がＮＯｘで０．９３ｐｐｍから０．７５ｐｐｍへ改善され、またＣＯ２で０．５３４％から０．５２３％へ改善されていることが確認された。また、正味濃度がＮＯｘで０．９０ｐｐｍから０．５０ｐｐｍへ改善され、またＣＯ２で０．４９９％から０．４２２％へ改善されていることが確認された。さらに、燃料消費率が添加前は１１．４ｋｍ／ｌであったが添加後は１２．５ｋｍ／ｌに改善されることが確認された。
【００３２】
＜実走行テスト＞
実走行テストは次の条件で行った。
・試験年月日：平成１６年１２月１５日
・試験車両：
車両型式：トヨタ  ウィンダム、車体番号：ＭＣＶ２１−５０２２２９５、
原動機型式：２ＭＺ、          総排出量：２．４９１
車両重量：１４００ｋｇ、      サイクル  気筒数：４サイクル，Ｖ型６気筒
正規点火時期：１０℃／６５０  ＢＴＤＣ／ｍｉｎ
燃料の種類：無鉛
【００３３】
試験は、前記内燃機関燃料改質剤添加前・添加後の順に実施した。添加後の試験は、前記内燃機関燃料改質剤をガソリン５０リットルに対し２００ｃｃを直接燃料タンクに注入し、アイドリング運転を３０分間実施後、エンジンを停止し、９０分間放置した後に実施した。
【００３４】
試験結果を図８に示す。
高速道路において８０〜１００ｋｍ／ｈで走行した場合、燃料１ｌあたりの走行距離が、前記内燃機関燃料改質剤の添加前が８．３３ｋｍであったのに対し、同添加後が１１．５０ｋｍとなり、前記内燃機関燃料改質剤の添加により燃費が約３８％向上することが確認された。
また、０〜１００ｋｍ／ｈまでの到達時間をみる加速実験では、前記内燃機関燃料改質剤の添加前が１０．０５１秒から１０．２６８秒であったのに対し、同添加後が９．２２８秒から９．６６秒と約８％から１０％短縮された。
さらに、エンジン始動キーをまわしてからエンジンが始動するまでの時間であるイグニッション作動スピードは前記内燃機関燃料改質剤の添加前が３秒であったのに対し、同添加後が１．７秒と約４３％短縮された。
以上のように、燃費、加速性能、イグニッション作動スピードがいずれも前記内燃機関燃料改質剤の添加により、大幅に改善されることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】有機ゲルマニウムの構造式である。
【図２】エチレングリコールの構造式である。
【図３】有機ゲルマニウムとエチレングリコールのエステル結合による重合で生成した化合物の構造式である。
【図４】アイドリング状態の排出ガス試験結果である。
【図５】１０・１５モード走行状態の排出ガス試験及び燃料消費率の結果を示した図である。
【図６】走行速度を上げた場合の１０・１５モード走行状態の排出ガス試験及び燃料消費率の結果を示した図である。
【図７】本発明の化合物の赤外線吸収スペクトル測定結果である。
【図８】走行試験の試験結果である。
【図１】
2006265481.tif 000006
【図２】
2006265481.tif 000007
【図３】
2006265481.tif 000008
【図４】
2006265481.tif 000009
【図５】
2006265481.tif 000010
【図６】
2006265481.tif 000011
【図７】
2006265481.tif 000012
【図８】
2006265481.tif 000013