(57)【要約】【課題】内燃機関その他の燃焼装置に供給される燃焼用空気をマイナスイオン化することにより、燃焼状態を改善して燃費の向上と排気の浄化を図る技術に関するもので、燃焼効率及び排ガスの浄化作用が優れた燃料及び燃焼空気の改質装置を得る。【解決手段】密閉容器３にトルマリンの粉末とゼオライトの粉末との混合粉末４、より好ましくは、粉末状態での容積比でこれらより更に少ない量の金属粉（好ましくは、アルミニウム、銅又は銀の粉末若しくはこれらの合金又はステンレス粉末）及び／又は炭素粉との混合粉末４を空隙を残した状態で封入してなる燃料及び燃焼空気の改質器を提供する。本願の燃焼状態改善装置は、上記改質器を加熱ないし加温される箇所において燃料及び／又は燃焼空気通路の外壁に添着してなるものである。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉容器(3)にトルマリンの粉末とゼオライトの粉末との混合粉末(4)を空隙を残した状態で封入してなる、燃料及び燃焼空気の改質器。
【請求項２】
密閉容器(3)にトルマリンの粉末とゼオライトの粉末と粉末状態での容積比でこれらのいずれより少ない量の金属粉との混合粉末(4)を空隙を残した状態で封入してなる、燃料及び燃焼空気の改質器。
【請求項３】
金属粉がアルミニウム、銅又は銀の粉末若しくはこれらの合金又はステンレス粉末である、請求項２記載の燃料及び燃焼空気の改質器。
【請求項４】
密閉容器(3)にトルマリンの粉末とゼオライトの粉末と粉末状態での容積比でこれらのいずれより少ない量の炭素粉との混合粉末(4)を空隙を残した状態で封入してなる、燃料及び燃焼空気の改質器。
【請求項５】
請求項１、２、３又は４記載の改質器(5)を加熱ないし加温される箇所において燃焼空気通路の外壁に添着してなる、燃焼状態改善装置。
【請求項６】
請求項１、２、３又は４記載の改質器(5)を加熱ないし加温される箇所において燃料パイプの外壁に添着してなる、燃焼状態改善装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ガソリン機関やディーゼル機関などの内燃機関その他の燃焼装置に供給される燃料ないし燃焼用空気をマイナスイオン化することにより、燃焼状態を改善して燃費の向上と排気の浄化を図る技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車エンジンその他の燃焼装置に供給される空気をトルマリン（電気石）や磁界でイオン化することによって、排気ガスの浄化ないし燃費の向上を図る技術として、エンジンのエアクリーナー内のフィルター・エレメントにトルマリン鉱石の粉末を塗料に混合して塗布する技術（特許文献１）、電気石の粉末をプラスティック、ゴム又は繊維と合成してなる合成素材を配置した吸気活性化装置をエアクリーナーと吸気マニフォルドの間に設けて吸気ダクトに継合する技術（特許文献２）、吸気パイプに磁力線を発生する活性化エレメントを配置する技術（特許文献３）、空気流通方向の複数本の棒磁石を添着し、更に好ましくはセラミック、電気石、石英、ゼオライト等の改質材を添着した金属薄帯板を空気供給路に巻き付ける技術（特許文献４）、内燃機のキャブレーターの前に、電気石又はトリチウム鉱石などのマイナス電荷イオン片を有する電荷イオン発生装置を設置して、吸気にマイナス電荷イオンを補足することにより、燃焼効率を向上させる技術（特許文献５）、フェライト粉末を含む磁気発生板，ケイ素，銅板，トルマリン粉末を含む微弱エネルギテープ及びアルミニウム製反射板の積層体をエアクリーナーに添設し、あるいは吸気パイプに巻装することにより、排気ガス中の有害物質の削減及び燃費の向上を図る技術（特許文献６）等が提案されている。
【０００３】
更に、エア−クリ−ナ−を主とした空気流路の表面に、天然のトルマリン鉱石微粉を塗布する技術（特許文献７）や、トルマリン粉末とアルミ粉末、鉄粉、銅粉末を配合することにより、エアクリ−ナに配置して燃料効率よくすると共に有害排気ガスや黒煙の発生を低減する技術（特許文献８）が提案されている。
【０００４】
この種の技術は、通常状態では燃焼空気の電離がプラス側に偏っていることによる不完全燃焼の発生を防止し、吸気を活性化し、又はスパークプラグの光で活性化されやすくして、燃料や燃料中の不純物と酸素との完全な反応を得ようとするもので、完全燃焼による燃費の向上と排気の浄化を図るものである。しかしながらそのメカニズムは完全には解明されてはおらず、従って最適な装置を理論的に求めることができる状態には至っていない。
【特許文献１】実用新案登録第３０３６６８２号公報
【特許文献２】特開２０００−１３６７６１号公報
【特許文献３】特開２００１−６５４１６号公報
【特許文献４】特開２００２−２４２７６９号公報
【特許文献５】特開２００３−３２８８６９号公報
【特許文献６】特開２００４−３６９９号公報
【特許文献７】特開２００３−１３８９９２号公報
【特許文献８】特開２００３−１０３１７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のように、マイナスイオンや磁気を用いた燃焼空気の改質装置は種々提案されているが、改質効果が十分とは言えなかったり、使用条件によって効果にばらつきがあったりする。本願発明者が種々の改質装置についてガソリン自動車及びディーゼル自動車における実車テストを行った結果では、空気流路内にトルマリンなどのマイナスイオン付与剤を配置する構造、すなわち、燃焼空気を改質装置内に通過させる構造では、効果が十分に認められず、却って吸気抵抗を増大させるなどの問題が生ずるおそれが認められた。一方、吸気パイプの外壁等に添設する構造のものは、添設場所によって効果に差異があることが認められ、また単に磁石やトルマリンを単体で添設してもあまり効果がないことが分かった。
【０００６】
この発明は、以上のような知見に基づき、燃焼効率及び排ガスの浄化作用がより優れた燃料及び燃焼空気の改質装置を得ることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願の発明者が最初に行ったことは、トルマリン粉末を金属容器やプラスチック容器に封入した状態で、その容器外にマイナスイオンがどの程度発生するかを確認することであった。その結果、容器の壁を通してもマイナスイオンが発生することが確認されたので、次の課題はこの容器外のマイナスイオンを如何にして高くするかであった。
【０００８】
この課題を解決するために、トルマリンと共に用いる種々の物質を検討した結果、触媒やイオン交換剤として用いられているゼオライトの粉末をトルマリンの粉末に混合することを試みたところ、マイナスイオンの発生量が明らかに増加することが認められた。このときに採用したトルマリンの粉末とゼオライトの粉末との混合割合は、容積比で９対１、粉末の粒度は共に３ミクロン程度であった。
【０００９】
本願発明者は、トルマリンの粉末とゼオライトの粉末との混合粉末をアルミ容器に封入した改質器を製作して種々の条件下でマイナスイオンの発生量を計測したところ、雰囲気温度が高いときにマイナスイオンの発生量が顕著に増加することが認められ、また振動等を与えて容器内の粉末を撹拌ないし摩擦することによってもマイナスイオンの発生量が増加することが認められた。
【００１０】
更に本願発明者は、トルマリンとゼオライトの混合粉末に金属粉を添加することで、改質効果がどのように変化するかを調べるために、試みに銀８５重量％、銅１５重量％の合金の粉末を添加してガソリン車及びディーゼル車による走行試験（表１〜３）を行ったところ、燃費と排ガスに顕著な改善効果が認められた。更に追加の試験により、前記銀と銅の合金の粉末に替えて、アルミニウム粉末や１８−８ステンレスの粉末を混合したときにも、同様ないしより顕著な改善効果が認められた。
【００１１】
上記の知見に基づき、トルマリンとゼオライトの混合割合や添加物の種類を変えた改質器をガソリン車やディーゼル車に搭載して実車試験を行った。その結果、ゼオライトの混合割合を多くしてもよいこと、炭素粉を添加することにより、燃費改善やディーゼル車の排気ガス中の黒煙減少に効果があることが分かった。更に、燃費改善や排ガス中の黒煙減少の効果は、本願発明の改質器を燃料パイプに添設するほうが、より大きな効果が得られることが分った。
【００１２】
本願発明は、以上のような過程でなされたもので、本願請求項１の発明に係る燃料及び燃焼空気の改質器は、密閉容器３にトルマリンの粉末とゼオライトの粉末との混合粉末４を空隙を残した状態で封入してなるものである。トルマリンとゼオライトの混合割合は、粉末状態での容積比で等量ないしトルマリン９に対してゼオライト１の割合が好ましい。
【００１３】
本願請求項２の発明は、上記のトルマリンとゼオライトの混合粉末に更に金属粉を添加したもので、密閉容器３に、トルマリンの粉末とゼオライトの粉末との混合粉末に粉末状態での容積比でこれらのいずれよりも少ない量の金属粉を添加した混合粉末４を、空隙を残した状態で封入してなる、燃料及び燃焼空気の改質器である。
【００１４】
本願請求項３の発明は、上記請求項２の発明における金属粉が、アルミニウム、銅又は銀の粉末若しくはこれらの合金又はステンレス粉末であることを特徴とする、燃料及び燃焼空気の改質器である。
【００１５】
本願請求項４の発明は、上記のトルマリンとゼオライトの混合粉末又はこれに金属粉を添加した混合粉末に、更に炭素粉を添加したもので、密閉容器３に、トルマリンの粉末とゼオライトの粉末との混合粉末又はこれに上記の金属粉を添加した混合粉末に、粉末状態での容積比でトルマリン粉末とゼオライト粉末のいずれよりも少ない量の炭素粉を添加した混合粉末４を、空隙を残した状態で封入してなる、燃料及び燃焼空気の改質器である。
【００１６】
本願請求項５の発明は、上記の各改質器を用いた燃焼状態改良装置に係るもので、請求項１、２、３又は４記載の改質器５を加熱ないし加温される箇所において燃焼空気通路の外壁に添着してなる、燃焼状態改善装置である。
【００１７】
本願請求項６の発明は、上記の各改質器を用いた燃焼状態改良装置に係るもので、請求項１、２、３又は４記載の改質器５を加熱ないし加温される箇所において燃焼通路の外壁に添着してなる、燃焼状態改善装置である。
【００１８】
混合粉末４を容器３に空間を残した状態で封入したのは、自動車の走行やエンジンの振動で混合粉末が容器３内で撹拌ないし摩擦されることによるマイナスイオンの増加作用を発揮させるためである。この空間は、自動車エンジンなどに用いるときは、比較的大きな空間とするが、静的に設置される燃焼装置（例えばファンヒータなど）に設けるものでは、大きな撹拌作用は期待できないので、粉末粒子が隣接する粉末粒子と擦れあって振動できる程度の僅かな空間でよく、大きな空間が必要でないときは、空間を小さく設定する方が改質器全体を小型にできる。
【発明の効果】
【００１９】
この発明の燃料及び燃焼空気の改質器は、トルマリンの粉末とゼオライトの粉末を用いたものである。トルマリンは、前述した従来装置にも広く用いられているように、燃焼空気をマイナスイオン化することで、燃費の向上作用や排ガスの浄化作用があることが知られている。ゼオライトは、結晶構造中に分子サイズの空間を持つアルミノケイ酸塩の総称で、Ｓｉ又はＡｌのＴ原子がＯ原子を介して結合した骨格構造を有し、Ｔ原子にＡｌが含まれることで、骨格は負電荷を帯び、Ｎａ＋などを吸着保持するイオン交換サイトとなる。このような構造から、ゼオライトは、触媒、吸着剤、イオン交換剤として利用されており、この発明のゼオライト粉末は、マイナスイオンを集積するホストとなっているとも考えられる。
【００２０】
金属粉の材料として銀や銅に着目したのは、これらが古くから殺菌効果や活性化効果があるとされていたからである。例えば銀は食器として用いられ、銅は花器として用いられており、滅菌作用や生花を長持ちさせる作用があることが知られていたことに基づくものである。このような金属粉を添加することによる改質効果が何に由来するものであるか明確ではないが、トルマリンを励起する作用やゼオライトのプラスイオン吸着保持作用に関係があるとも推測される。
【００２１】
上記本願発明により、自動車のエンジンを始めとする各種の燃焼装置に容易に装着することが可能で、これを装着することによって当該燃焼装置の燃費が改善され、かつ排気ガス中の汚染物質が減少することにより、燃料コストの低減と大気汚染の軽減を図ることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面と試験結果を示す表を参照して、この発明の実施形態を説明する。約８ｃｍの長さに切断したアルミパイプを偏平に押し潰し、その一端に細長い小判形の蓋板１を嵌めこんで自動車の排気パイプの補修等に使用するパテ２を埋め込んで固定した容器３に、トルマリンの粉末にゼオライトの粉末及び銀と銅の合金粉末を、粉末状態での容積比で３対１対０．５の割合で混合した混合粉末４を入れ、反対側の切断端に前記と同様な蓋板１を嵌め、パテ２で固定して、密閉容器３に上記混合粉末４を封入した改質器５を製作した（図１及び２）。
【００２３】
混合した銀と銅の合金の組成は、銀８５重量％、銅１５％である。また粉末の粒径は、トルマリン及びゼオライトがおよそ３ミクロン、銀と銅の合金の粉末がおよそ７ミクロンである。容器３への混合粉末４の封入量は、容器３の内容積の約６割である。
【００２４】
上記で製作した改質器５を車両番号１〜５の５台のガソリン車及び車両番号６〜１０の５台のディーゼル車（表１）に装着して走行試験を行った結果を表２及び表３に示す。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
【表２】
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【００２７】
【表３】
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【００２８】
試験に供した車両はいずれも国産車で、試験の際の改質器５の装着位置は、ディーゼル車においては、図３に示すように吸気パイプ６のインレットマニホールド７直近の位置、ガソリン車においては、図４に示すようにエアクリーナ８の蓋板９の部分である。エンジン運転時のボンネット内の温度は、６０℃程度になっており、容器内の混合粉末４は、当該温度ないしこれより高温の状態になっていると考えられる。
【００２９】
表１中の「年式」はそれぞれの車両の製造年式（平成）を、「走行距離」は試験に供するまでに走行していた距離を、「排気量」はエンジンの排気量を示す。表２、３中の「実証距離」は上記の改質器を装着して走行した距離を示す。計測項目は、ガソリン車については装着前後の一酸化炭素の排出割合％と装着前後の炭化水素の排出量ｐｐｍ、及び、ガソリン車とディーゼル車についての装着前後の燃費ｋｍ／リットルであり、「低減効果」は燃費の改善割合％である。
【００３０】
表２、３に示されているように、いずれの項目においても顕著な改善効果が認められ、特に走行距離が大きく年式の古い車両に対して改善効果が著しいことが認められる。
【００３１】
次に混合する金属による改質効果を調べるために、表１の車両番号５のガソリン車について、下記実施例１から実施例５の混合粉末を封入した改質器をそれぞれ個別に装着して、装着前後の一酸化炭素の排出割合％と炭化水素の排出量ｐｐｍとを工場内のベンチテストで計測した。下記実施例４の混合粉末は、表２、３の試験で用いた混合粉末と同じ組成である。計測結果を下記表４に示す。
【００３２】
【表４】
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【００３３】
実施例１
トルマリンの粉末とゼオライトの粉末とを粉末での容積比で３対１の割合で混合した混合粉末。粉末の粒径はトルマリン及びゼオライト共におよそ３ミクロンである。
【００３４】
実施例２
実施例１の混合粉末に鉄粉を添加した混合粉末。混合割合は粉末での容積比でトルマリン３対ゼオライト１対鉄粉０．５である。鉄粉の平均粒径は約７ミクロンである。
【００３５】
実施例３
実施例１の混合粉末にアルミニウムの粉末を添加した混合粉末。混合割合は、粉末での容積比でトルマリン３対ゼオライト１対アルミニウム粉末０．５である。アルミニウム粉末の平均粒径は約７ミクロンである。
【００３６】
実施例４
実施例１の混合粉末に銀と銅の合金粉末を添加した混合粉末。混合割合は、粉末での容積比でトルマリン３対ゼオライト１対合金０．５である。合金の粉末の平均粒径は、約７ミクロンである。
【００３７】
実施例５
実施例１の混合粉末に１８−８ステンレスの粉末を添加した混合粉末。混合割合は、粉末での容積比でトルマリン３対ゼオライト１対ステンレス０．５である。ステンレスの粉末の平均粒径は約７ミクロンである。
【００３８】
表４から分かるように、鉄粉の添加による改質効果の改善は小さいが、アルミニウム粉、銀と銅の合金粉末又は１８−８ステンレス粉を添加することにより、排気ガスの浄化作用が大きく改善されることが認められた。単一金属の粉末より合金の粉末を添加する方が良好な結果が得られている。
【００３９】
なお、改質器の好ましい装着位置は、発熱源となる燃焼室に近い吸気路の外壁で、例えばターボチャージャー付きの自動車では、インタークーラーに装着することも良い方法である。なお、吸気通路中にトルマリンやこの発明の改質器を配置する構造では、冷たい吸気でトルマリンが冷やされるので、マイナスイオンの発生量が小さくなると考えられ、好ましい効果が得られない。
【００４０】
前述した容器と同様な容器に、トルマリンの粉末とゼオライトの粉末それぞれ３ｇｒずつを混合した混合粉末に０．１ｇｒの炭素粉を添加した混合粉末を封入して、実車試験を行ったところ、燃費改善やディーゼル車の黒煙減少が認められた。イオン計の計測でも、炭素粉を添加することにより、容器外のマイナスイオンが増えていることが認められた。
【００４１】
この発明の改質器を自動車エンジン回りの種々の箇所に添設して実車による走行試験を行った結果、燃料パイプに添設すると、燃費改善とディーゼル車の排気ガスの黒煙減少に有効である。一方、吸気パイプに添設すると、加速感の向上に有効である。黒煙の減少効果は、排ガスを測定器に入れ、試験紙の上に吹いてカーボンを付着させ、その濃度で目視により検査する方法を用いた。アクセルの踏み方で変わるので、あまり厳密な測定ではないが、車検で実施されている方法である。この試験での黒鉛の減少割合は、５０％以上あったものが３０％に低下する。
【００４２】
燃料バイブに添設する改質器は、内径１ｃｍのゴムパイプにトルマリン粉末１，５ｇｒと粉末状態で同容積のゼオライトとの混合粉末に、金属粉と０．０５ｇｒの炭素粉を添加した混合粉末を入れ、両端にゴムキャップをしたもので、結束バンドで燃料バイブのインテーク直前の位置に平行に沿わせて取付ける。燃料パイプに付ける場合も、温度が高いところに付けた方が効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】試験に供した改質器の断面図
【図２】図１の容器の端面図
【図３】ガソリン車における改質器の装着位置を模式的に示す図
【図４】ディーゼル車における改質器の装着位置を模式的に示す図
【符号の説明】
【００４４】
３  容器
４  混合粉末
６  吸気パイプ
７  インレットマニホールド
８  エアクリーナ
９  エアクリーナの蓋板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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