(57)【要約】【課題】天然鉱石を使用することによって、焼成等の加工を要せず燃料の変質を可能にするとともに、排気ガス中の微粒子物質の燃焼をも可能にし、これにより排出される燃焼後のガスを浄化する方法、並びに、この方法に使用する副燃料タンクおよびマフラを提供する。【解決手段】燃料タンクと燃料フィルタの中間において二酸化ケイ素を主成分とする天然鉱石の粒状体に燃料を接触させる工程と、排気経路の途中において同種の天然鉱石の粒状体に排気ガスを接触させてなる工程とを有する。燃料および排気ガスを接触させる両工程において、天然鉱石として石英斑岩を用いる。副燃料タンクは、燃料タンクと燃料フィルタとの中間に設置され、内部に上記天然鉱石を封入する。マフラは、内燃機関に連続して設置され、排気経路の下流側に金属ネットを配置するとともに、排気経路の上流側に上記天然鉱石を充填する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料タンクと燃料フィルタの中間において二酸化ケイ素を主成分とする天然鉱石の粒状体に燃料を接触させる工程と、排気経路の途中において二酸化ケイ素を主成分とする天然鉱石の粒状体に排気ガスを接触させてなる工程とを有する排気ガス浄化方法。
【請求項２】
前記天然鉱石は、いずれも石英斑岩である請求項１記載の排気ガス浄化方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の排気ガス浄化方法に使用する副燃焼タンクであって、二酸化ケイ素を主成分とする天然鉱石が充填され、燃料タンクと燃料フィルタの中間に設けてなることを特徴とする排気ガス浄化用副燃料タンク。
【請求項４】
前記天然鉱石は、石英斑岩である請求項３記載の排気ガス浄化用副燃料タンク。
【請求項５】
請求項１又は２記載の排気ガス浄化方法に使用するマフラであって、排気経路の下流側に金属ネットを配置するとともに、排気経路の上流側に二酸化ケイ素を主成分とする天然鉱石を充填してなることを特徴とする排気ガス浄化用マフラ。
【請求項６】
前記天然鉱石は、石英斑岩である請求項５記載の排気ガス浄化用マフラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関等における排気ガスを浄化することのできる方法並びに副燃料タンクおよびマフラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ディーゼルエンジン等の内燃機関により発生する排気ガスを浄化することを目的として、当該内燃機関に使用する燃料を改質することが試みられている。この燃料の改質にあっては、アルミナ系セラミックスおよびジルコニア系セラミックスを使用し、近〜遠赤外線の放射を受ける方法によるもの（特許文献１参照）、または、火成岩などの無機組成原料を焼成してなる活性化した無機組成物を使用し、電磁波などの作用により燃料を改質するものがあった（特許文献２参照）。
【０００３】
一方、内燃機関の排気側において排気ガスを浄化する装置に関しては、排気中の微粒子物質を捕集し、これを燃焼させるように構成したものが開発されており、上記微粒子物質の捕集にはフィルタ部材が使用されていた（特許文献３参照）。この排気浄化装置においては、フィルタ部材が低温の場合、捕集した微粒子物質を燃焼させることができないため、その上流排気通路にバーナ装置が設けられているのであるが、フィルタ部材が低温時においても燃焼し得ることを目的として、ニトロパラフィン系物質を含有してなる燃料添加剤を供給する微粒子焼却システムが開発されている（特許文献４参照）。そして、この微粒子焼却システムにおけるフィルタ部材として、ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）が使用されるものであった。また、上記ＤＰＦとしては、コージュライト製のハニカムを一定間隔で交互に目封じした素焼きのトラップフィルタに、プラチナ、パラジウム及びイリジウムを担持したものがあった（特許文献５参照）。そして、このＤＰＦでは、フィルタの上流側にプレフィルタを設け、排気ガスの流れを整流にするとともに、プレフィルタにおいても微粒子物質を燃焼させるものであった。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１７３２２２号公報（３頁〜４頁）
【特許文献２】特開２００１−３５４９７７号公報（３頁〜４頁）
【特許文献３】実公昭６２−３５８４９号公報（２頁）
【特許文献４】特開２００２−３３９８０８号公報（２頁〜３頁）
【特許文献５】特開平１１−１８２２３０号公報（２頁）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術のうち、燃料改質方法に関するものにあっては、それぞれセラミックスまたは無機組成物を使用するものであるが、セラミックスを製造する過程、または、無機組成物を活性化する過程において、それぞれ焼成工程を必要とするものであった。また、燃料を改質することにより、当該燃料の燃焼効率を向上させることによって、その結果として排気ガスに含有する窒素酸化物を減少でき、また、黒煙の発生低減できる旨が報告されているが、比較的新しい内燃機関では、燃料との混合比率を適正化する等により、燃料の燃焼に必要な酸素を供給させることによって黒煙の発生を低減できることが知られており、上記従来の方法により、全ての内燃機関、特に長年使用している内燃機関においても同様の効果があることは明確にされていなかった。
【０００６】
一方、ＤＰＦの従来技術は、プレフィルタにより一部の微粒子物質を燃焼させた排気ガスの中に含まれる微粒子物質を捕集および焼却させる構成であって、プレフィルタによる排気ガスの整流化等によりＤＰＦの負担を軽減するものであるが、プレフィルタおよびフィルタは、ハニカム構造を有する微細な孔で構成されていることから、排気ガスに含まれる微粒子物質が大量の場合には、やはりプレフィルタのハニカムが目詰まりを起こす可能性があった。また、バーナ装置を使用して微粒子物質を焼却する技術については、バーナ装置の作動を必要とし、ニトロパラフィン系物質を燃料に添加する技術については、燃料のほかに供給すべき物質の補充等を必要とし、車両所有者等が上記を怠る場合、予定する排気ガスの浄化効果を得ることができなかった。
【０００７】
本発明は、上記諸点にかんがみてなされたものであって、その目的とするところは、天然鉱石を使用することによって、焼成等の加工を要せず燃料の変質を可能にするとともに、排気ガス中の微粒子物質の燃焼をも可能にし、これにより排出される燃焼後のガスを浄化する方法、並びに、この方法に使用する副燃料タンクおよびマフラを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そこで、排気ガス浄化方法にかかる本発明は、燃料タンクと燃料フィルタの中間において二酸化ケイ素を主成分とする天然鉱石の粒状体に燃料を接触させる工程と、排気経路の途中において二酸化ケイ素を主成分とする天然鉱石の粒状体に排気ガスを接触させてなる工程とを有する排気ガス浄化方法を要旨とするものである。
【０００９】
上記排気ガス浄化方法において使用する天然鉱石として、燃料を接触させる工程においても、排気ガスを接触させる工程においても、石英斑岩を用いることができるものである。
【００１０】
一方、排気ガス浄化用副燃料タンクに係る本発明は、請求項１又は２記載の排気ガス浄化方法に使用する副燃焼タンクであって、二酸化ケイ素を主成分とする天然鉱石が充填され、燃料タンクと燃料フィルタの中間に設けてなることを特徴とする排気ガス浄化用副燃料タンクを要旨とするものである。
【００１１】
そして、上記発明において、二酸化ケイ素を主成分とする天然鉱石として、石英斑岩を使用することができる。この石英斑岩は、石英と正長石の斑晶をもった斑岩であり、地核変動等の作用により高圧の環境下に置かれて生成され、その生成過程では、内部の物質が気化して外方に放出される際、非常に微細な孔が形成された多孔質である。また、上記石英斑岩は、還元作用を有するものであることが解明され、電磁波等に影響を与え、また、マイナスイオンを発生するとともに遠赤外線を放射するものでもあることが解明されている。そこで、上記石英斑岩に燃料を接触させる場合には、燃料が微細孔内部に浸透し、石英斑岩からマイナスイオン効果や遠赤外線効果の影響を受け、燃料の改質がなされるのである。
【００１２】
また、排気ガス浄化用マフラにかかる本発明は、請求項１又は２記載の排気ガス浄化方法に使用するマフラであって、排気経路の下流側に金属ネットを配置するとともに、排気経路の上流側に二酸化ケイ素を主成分とする天然鉱石を充填してなることを特徴とする排気ガス浄化用マフラを要旨とするものである。
【００１３】
そして、上記発明において、二酸化ケイ素を主成分とする天然鉱石として、石英斑岩を使用することができる。上記マフラは、内燃機関の排気側に連続するため高温となるが、石英斑岩は耐熱性を有するとともに、高温状態において遠赤外線を放出し、微粒子物質の焼却を可能にするものである。また、多孔質の石英斑岩の表面を排気ガスが通過するとき、微粒子物質が微細孔に捕集または侵入し、焼却された後に排出されるのである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。まず、燃料の改質に使用する副燃料タンクの実施形態について説明すれば、図１（ａ）に示すように、本実施形態の副燃料タンク１は、燃料タンク２と燃料フィルタ３の中間に配置されているものである。そして、この副燃料タンク１は、図１（ｂ）に示すように、内部が中空構造であり、流入口１１と排出口１２が設けられ、燃料タンク２から供給される燃料は、流入口１１から副燃料タンク１に流入し、排出口１２から燃料フィルタ３に送られるものである。この副燃料タンク１の中空内部には、二酸化ケイ素を主成分とする天然鉱石１３が適宜な大きさに粉砕されて封入されており、副燃料タンク１に流入した燃料は、天然鉱石１３に接触しながら排出口１２へ移動するものである。なお、この副燃料タンク１には、上部に天然鉱石投入部１４が設けられているとともに、底部にドレン部１５が設けられており、中空内部への天然鉱石１３の封入時には天然鉱石投入部１４を開口することができ、また、メンテナンス等の必要があるときには、ドレン部１５を開口して燃料を除去することができるものである。
【００１５】
ここで、上記副燃料タンク１に封入する天然鉱石１３は、二酸化ケイ素を主成分とする天然鉱石であるが、この種の天然鉱石には、石英を含有する花崗岩や流紋岩などがある。そして、本実施形態では、石英斑岩を使用するものであって、この石英斑岩は、石英と正長石の斑晶をもった斑岩であり、一般的には、長期間にわたり高圧下で生成されることが知られている。その生成過程において、内部の物質が気化して外方に放出される際、非常に微細な孔を構成し、そのため、石英斑岩そのものが多孔質として形成されるものである。また、上記石英斑岩は、還元作用を有するものであることが解明され、電磁波等に影響を与え、また、マイナスイオンを発生するとともに遠赤外線を放射するものでもあることが解明されている。従って、石英斑岩を上記副燃料タンク１に封入し、燃料に接触させる場合、燃料は、上述の微細孔内部に浸透し、石英斑岩からマイナスイオン効果や遠赤外線効果の影響を受け、燃料の改質がなされるのである。
【００１６】
なお、上記のような燃料改質のために、副燃料タンク１は、２リットル程度の燃料を貯留できる容量を有することが好適であり、上記容量を有する構成とすることにより、副燃料タンク１において燃料を天然鉱石１３に十分接触させた後、燃料フィルタ３へ送ることができる。この場合、天然鉱石１３の重量等を考慮して、副燃料タンク１の中空内部に封入される天然構成１３の量を調整し、または、燃料が貯留できる容量を小さくすることも可能である。
【００１７】
また、上記石英斑岩は、多孔質であるため、当該微細孔に水分を保持している可能性が高いことから、副燃料タンク１に封入する前には、十分に乾燥させた後に使用することが好適である。即ち、副燃料タンク１の内部において、燃料が石英斑岩と接触する際、燃料が微細孔に浸透するものであるが、この微細孔に水分が保持されている場合は、燃料が微細孔に侵入できないこととなるため、燃料改質効果を十分に発揮できないためである。
【００１８】
次に、燃料の改質に使用するマフラの実施形態について説明すれば、図２（ａ）に示すように、本実施形態のマフラ４は、内燃機関５の排気口５１から連続して配置されるものである。このマフラ４の内部は、図２（ｂ）に示すように、中空構造になっており、その中空内部には、二酸化ケイ素を主成分とする天然鉱石４１が封入されるとともに、金属ネット４２が設けられている。金属ネット４２は、マフラ４のうちの排気経路下流側に配置され、その上流側に天然鉱石４１が封入されているものである。上記マフラ４には、天然鉱石投入部４３が設けられており、マフラ４の中空内部に天然鉱石４１を封入する際に、開口できるようになっている。そして、マフラ４の上流側先端は、排気ガスが流入する吸気口４４が設けられているが、この吸気口４４から天然鉱石４１が出ないように当該天然鉱石４１の大きさが調整されている。なお、天然鉱石４１の大きさを調整することなく、上記吸気口４４に金属ネット等を配設してもよい。
【００１９】
上記マフラ４に封入される天然鉱石４１は、上述の副燃料タンク１において使用した天然鉱石１３と同質の石英斑岩が使用されており、多孔質であるうえ、遠赤外線を放出する性質を有するものである。そこで、上記マフラ４を排気ガスが通過する際には、内燃機関５の排気口５１から高温の排気ガスが流入し、この高温ガスにより天然鉱石４１が加熱されることとなる。この加熱によって、天然鉱石４１が遠赤外線を放出する状態となるのである。同時に、排気ガスは多孔質の天然鉱石４１の表面を通過することとなるため、当該天然鉱石４１の表面の微細孔によって微粒子物質が捕集される（微粒子物質が侵入する）こととなり、ここで捕集された（侵入した）微粒子物質が、天然鉱石４１の温度および遠赤外線により、焼却されることとなるのである。また、焼却された微粒子物質は、排気ガスの通過による風圧によって下流へ流され、マフラ４の出口４５から外方に排出されるのである。ここで、マフラ４の下流側内部には金属ネット４２が設けられており、燃焼途中の微粒子物質が外部に排出されないように、一時的な捕集をするのである。なお、上記金属ネット４２は、微粒子物質そのものを捕集できるような微細な目の金属ネットではなく、非常の粗い目のネットを使用するため、上記燃焼途中の微粒子物質によって目詰まり等を生じるおそれはない。
【００２０】
次に、本発明の排気ガス浄化方法にかかる実施形態について説明する。本実施形態は、上述の副燃料タンク１およびマフラ４を使用し、二酸化ケイ素を主成分とする天然鉱石に燃料および排気ガスを接触することによって、第１に、燃料を改質し、排気ガスに含有する微粒子物質の発生を抑制し、第２に、内燃機関の燃焼により発生する排気ガスに含まれる微粒子物質を焼却除去するものである。即ち、内燃機関の入口と出口の両方で微粒子物質の排出を抑制するのである。なお、本実施形態では、既述の副燃料タンク１およびマフラ４を利用するものであるため、重複する個々の説明は省略する。
【００２１】
ところで、本実施形態において使用する天然鉱石は、二酸化ケイ素を主成分とするものであるが、特に、石英斑岩を使用することが好ましい。この石英斑岩は、既述のとおり、長期間にわたり地中における高い圧力を受け、また、内部物質が気化により放出される過程を経たものであるが、これを人工的に生成することは今のところ困難であるとされている。その理由は、上記のような石英斑岩を生成するための高圧環境下を実現させることができないこと、上記環境下で何万年という長期間存在させると同様の状態を短期間に集中させることができないこと、および、異なる物質の結合または物質の気化を人工的に再現できないことなどが挙げられる。従って、今のところは、上記のような天然鉱石を使用することが、排気ガスの浄化を容易に実現できるものである。
【００２２】
ここで、本実施形態に最適な天然鉱石の成分について、その分析結果を表１に紹介する。なお、分析方法は、試料を粉砕後、ペレット状に加圧成形し、これを蛍光Ｘ線装置により測定したものである。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
上記のように、本発明の実施形態において使用する天然鉱石は、二酸化ケイ素の含有率が特に多く、これを主成分としたものと判断し得る。また、二酸化ケイ素は、石英ガラスに使用されるものとして知られているが、その他の成分との相乗効果により、燃料の改質が行われるものと判断することができる。そして、上記表１に示す石英斑岩の構成成分のうち、主要な成分を含有する他の天然鉱石によっても同様の作用・効果を得る場合がある。なお、本実施形態における石英斑岩は、微細孔を有する構成であるから、燃料改質において燃料と接触させる場合にも、燃料の侵入を可能にし、また、排気ガスと接触させる場合には、微粒子物質の侵入を可能にするものであり、このような燃料等の侵入により、改質等を促進させる結果となるものである。
【００２５】
次に、上記実施形態における排気ガスの浄化実験について説明する。まず、燃料の改質実験について説明する。この実験では、同質の軽油について、一方の試料（試料Ａ）は、比較例としての通常の燃料であり、他方の試料（試料Ｂ）は、上記石英斑岩に接触させた燃料である。両試料について分析した結果は表２のとおりである。
【００２６】
【表２】
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【００２７】
上記結果から、試料Ｂに含有される硫黄分が減少しおり、燃料が石英斑岩に接触することにより改質されていることは明らかである。また、動粘度の減少により、噴射ノズルによる気化が容易となり、燃焼効率を向上させ得ることとなり、さらに、引火点の低下によっても燃焼効率を向上させるものとなる。
【００２８】
一方、石英斑岩をマフラに使用する際の性能を判断すべく、石英斑岩の遠赤外線分析を行ったところ、表３に示す結果を得ることができた。この分析は、ＦＴ−ＩＲにより反射率スペクトルを測定し、放射率を算出したものである。測定は２５°Ｃの石英斑岩について波長領域は２〜１４μｍの範囲内で行った。なお、上記波長領域における放射エネルギ分布を表４に示す。この表４において、波線部分は理想黒体の放射エネルギ分布を示し、実線は石英斑岩の放射エネルギ分布を示している。
【００２９】
【表３】
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【００３０】
【表４】
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【００３１】
上記表３に示すように、石英斑岩の２〜１４μｍの範囲内で放射されるエネルギは、理想黒体が放射する全エネルギに対して９１．３％の放射率であり、理想黒体に近い状態であることが判明した。上記結果は、試料の温度が２５°Ｃの状態で行ったものであるが、マフラに充填した場合は、排気ガスによる加熱により高温となるため、さらに波長の異なる領域における遠赤外線の放射が見込まれるものである。
【００３２】
また、表４に示すように、エネルギの放射分布によれば、波長全体に至ってほぼ均等に放射されていることを確認することができる。このエネルギ放射分布においても、石英斑岩が高温となることによって、さらに高放射率による放射が見込まれるものである。
【００３３】
そこで、マフラに上記石英斑岩を使用した場合の排気ガスの浄化実験を行った。この実験は、石英斑岩に燃料を接触させて改質したものを使用するとともに、上述のマフラを使用して排出された排気ガスの黒煙の発生および窒素酸化物の含有割合を分析した。なお、比較例として、改質しない燃料を使用し、通常のマフラを装着した状態で排出される排気ガスについても分析した。上記実験の結果を表５に示す。なお、実験に使用した内燃機関は、同一の車両用ディーゼルエンジンであり、２０万ｋｍ以上を走行した比較的老朽化したものを採用した。また、黒煙の分析は、ディーゼルスモークメータを使用するものであり、２５００ｒｐｍの状態で作動させた排気口から排出される排気ガスを濾紙に吸収させ、この濾紙の汚れによる反射光量を測定したものである。
【００３４】
【表５】
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【００３５】
上記の結果から、本実施形態による排気ガス浄化方法を使用した排気ガスは、窒素酸化物の含有濃度が減少し、逆に酸素濃度が増大しており、排気ガスの浄化を確認することができた。また、黒煙濃度においても、顕著に改善されていることが判明した。
【００３６】
【発明の効果】
以上のとおり、排気ガスの浄化方法にかかる本発明によれば、燃料の改質および排気ガス中の微粒子物質除去の相乗効果により、排気ガスを浄化することが可能となる。また、本発明に使用する材料は、いずれも天然鉱石であることから、焼成工程を要することなく使用することができる。そして、上記天然鉱石を燃料に接触させることにより、燃料の改質を可能にし、排気ガスに接触させることにより微粒子物質を焼却させることができるものである。
【００３７】
また、副燃料タンクにかかる本発明によれば、燃料タンクから内燃機関に供給される途中において、燃料を天然鉱石に接触させることができるので、これにより燃料の改質を容易に行うことができるものである。そして、天然鉱石として多孔質の石英斑岩を使用することにより、接触する燃料が天然石の微細孔内に侵入し、改質効果を促進させることができる。
【００３８】
さらに、マフラにかかる本発明によれば、内燃機関から排出される排気ガスを天然鉱石に接触させることができるので、排気ガスの熱により当該天然鉱石を加熱することができるとともに、この加熱により遠赤外線等の照射を促進させ、微粒子物質の焼却を可能にするものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、副燃料タンクの実施形態の概略を示す説明図であり、（ｂ）は、副燃料タンクの断面図である。
【図２】（ａ）は、マフラの実施形態の概略を示す説明図であり、（ｂ）は、マフラの断面図である。
【符号の説明】
１  副燃料タンク
２  燃料タンク
３  燃料フィルタ
４  マフラ
５  エンジン
１１  流入口
１２  排出口
１３  天然鉱石
１４  天然鉱石投入部
１５  ドレン部
４１  天然鉱石
４２  金属ネット
４３  天然鉱石投入部
４４  吸気口
４５  排出口
５１  排気口
【図１】
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【図２】
2004308620.tif 000009