(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
大きな構造の親油基を持ち、ナトリウム金属を含有するアニオン界面活性剤と、有機溶媒として炭化スラッジに対する浸透性等に優れたブチルアセテートとを所定量混合してなり、炭化水素系燃料中に０．０５〜０．８重量％の範囲で添加するようにしたことを特徴とする燃料添加剤。
【請求項２】
炭化水素系燃料中に、ナトリウム量換算で５．０〜１００ｐｐｍ、ブチルアセテートを０．００２〜０．０４％の範囲で添加するようにしたことを特徴とする請求項１記載の燃料添加剤。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、吸入燃料の気化促進と、気化燃料中に金属蒸気又は金属イオンとしてミクロ均一分散し得る一価のアルカリ金属、特にナトリウム金属イオンを火焔伝播時の着火核として存在させ、空気中の酸素との酸化反応を助長させて完全燃焼を計ることを目的とした燃料改質添加剤に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の熱エネルギーは炭化水素燃料と空気中の酸素との燃焼反応であるが、排気ガスの分析測定値にみられる様に、黒煙（ＰＭ）を含め全く完全燃焼が達成されているとは言えず、公害規制値を充足するまでには到っていない。
【０００３】
エンジンメーカーは、吸入燃料の気化スピードと均一気体分子運動での空気中酸素との酸化反応の環境作りの重要とを再認識して、エンジンの構造及び給油機構における電子制御等の研究、更には排気中に含まれる黒煙物質を始めとする公害規制物質を除く為のフィルター除去装置、触媒反応装置等の研究開発が行われているが、未だ確たるものは無き状態である。
【０００４】
本質的には、炭化水素燃料に対して燃料添加剤を少量添加することによって燃料自体を改質すべきであると考えられる。
従来、ガソリンの添加剤として唯一認知されて来た四エチル鉛は、起爆剤として大正１５年に米国で実験的に抽出されたものであり、理論的に充分解明されることなく最近まで使用されて来た。
燃焼室内の高温環境下では、金属鉛は金属イオンとして気体分子運動中で燃料の気化促進における攪拌因子として働いたものと考えられ、また、気化熱によって燃焼室内の瞬時の温度低下が計られ、引火と燃焼火焔伝播のタイミングが高圧縮比に耐え得たものと考えられる
しかし、周知の如く、鉛金属イオンは極めて有害である為に、四エチル鉛は、昭和４０年のニクソン教書その後のマスキー法、日本国内法で規制され、現在使用されていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
燃料の完全燃焼に必要な理論空気量を吸入又は圧縮工程で与えても、気化燃料の引火，着火でのスムーズな火焔伝播が行われず、平均有効圧の持続性を期待できないのが現状であって、不完全燃焼の証左として排気ガス中の有害物質の計測値からも明らかである。液体燃料が燃焼室内での高温環境下で空気中の酸素の反応に即応した気化促進での気体化が最大の課題である。
【０００６】
また、ディーゼルエンジン燃焼室内部では、ピストンヘッドを中心に炭化スラッジの固化付着は否定できず、高温化では灼熱の状態でピストン下降に伴う火焔伝播だけでなく、スラッジ付着部よりも着火が惹起され、出力の低下とデイーゼル音発生の一因となっており、除去することが必要である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
燃焼室内に吸入されたガソリン、ディーゼル軽油及び重油は、ピストンの下降に伴って、水平旋回運動より過流運動の状態に入っていることは周知の事実である。
特に、ディーゼル軽油及び重油は、噴射ノズルより下降するピストンヘッドに液体燃料の油滴群として噴射されるが、出来る限りの単一分子化を計ると共に、気化した燃料にミクロ分子として均一分散し、着火核として火焔伝播を助ける特性を有した物質が不可欠となる。
本発明は、遠心力を有し乍らの燃料の液体から気体への移行を促進させると共に、気体中にミクロ分子として均一に分散し、着火核物質として作用する最も適切なる物質として、一価のアルカリ金属、特に無害であるナトリウム金属を選定する。
また、ナトリウム金属をその化学構造中に有する有機化合物として、油滴群の単一分子化と固着スラッジを除去するために、潤滑浸透性の大なる親油性アニオン界面活性剤を選定した。
【０００８】
なお、二価のアルカリ土金属は、下記の表１の如く、一価のアルカリ金属より比重が大きく、また融点にも大きな差が有り、四エチル鉛中の金属イオン同様に気化分子運動中の遠心力で外側に飛ばされ、燃料の気化には寄与するが、気体分子運動中に均一分散することは不可能で、ディーゼル軽油、重油に対する着火核物質とはなり得ない。
【０００９】
【表１】
0004006212.tif 000002
【００１０】
【作用】
アニオン界面活性剤自体は、高温環境下の燃焼室内部で、気化、分解し、ナトリウム金属は、金属蒸気より金属イオンとして単独のミクロ分子としての運動と化学反応を起すことが充分考察できる。
ナトリウム金属イオンは、着火と同時に不安定な過酸化金属Ｎａ２Ｏ２となるが、次式に示す様に、量的に比率の高い周囲の燃焼反応完了物質である二酸化炭素 ＣＯ２と反応し、１／２Ｏ２の酸素を発生する。
【００１１】
【化１】
0004006212.tif 000003
【００１２】
発生した酸素は、二次燃焼として未燃焼のＣＯおよびＨＣと反応し、完全燃焼に資する因となっている。
而して、高温で全く未燃焼の状態で排気ガスとして排出される燃料そのものの刺激臭が激減或いは全くなくなる。
又、ディーゼル機関では、常時異常燃焼を起こしていることは否定出来ず、不完全燃焼に起因する高周波の圧力振動音のディーゼルノックのノイズ発生が惹起するが、本発明の添加剤の添加で、ディーゼルノックは解消し、エンジン音が頗る軽快になる。
【００１３】
本発明の燃料添加剤中のアニオン界面活性剤、ブチルアセテートは、燃焼室内に堆積付着した固化スラッジに対し、浸透、分散、溶解の特性を有し、添加された燃料は、貫通性を有して液体燃料として噴射され、付着スラッジにエンジンストローク毎に作用し、微粒分解物としては排気中に排出される。当然燃焼室内部は常時清浄である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明は、ナトリウム金属を化学構造中に有するアニオン界面活性剤と、付着固化した炭化スラッジに対する浸透固化性の優れた有機溶媒であるブチルアセテート、ケロシンとの混合組成で燃料添加剤を製造した。なお、アニオン界面活性剤としては、種々のものがあるが、親油性が大きいものであれば特に限定されない。
【００１５】
【実施例】
本実施例においては、アニオン界面活性剤として、大きな構造の親油基を持つ、ビス（２−エチルヘキシル）スルホコハク酸ナトリウムを２３重量％、有機溶媒としてブチルアセテートを４０重量％及びケロシンを３７重量％を混合して、所期の添加剤を製造した。  而して、上記燃料添加剤を、重油、ガソリン、ディーゼル軽油等の炭化水素燃料中に、０．０５〜０．８重量％範囲で添加して燃料を改質した。
唯、不測の運転での黒煙の排出を抑制するためには、０．３０％添加が最も好ましいが、燃費の節減及び添加燃料油の価格設定等の経済的な面で、基準添加量を０．０５〜０．３％とした。
而して、添加量を上記の如く定めることによって、炭化水素系燃料中には、ナトリウム量換算で５．０〜１００ｐｐｍ、有機溶媒であるブチルアセテートが０．００２〜０．０４％の範囲で添加されるものである。
【００１６】
【試験例１】
本発明による燃料添加剤の燃焼理論の可否を検討する目的で、ディーゼル軽油に本発明に係る添加剤を０．５％添加して、無添加時との比較走行試験を行った。
特定ディーゼル車両に、積載負荷として定重量の不凍油をドラム詰めとして、４００ｋｇ、乗員３名でタコグラフを使用し、横浜〜大阪間の東名高速道路を中心に走行した。
走行試験の結果は、下記表２に示した通りであり、低速及び高速運転時の燃費の節減率、登坂性能に見られる出力増大、最高時速の伸びから、完全燃焼による理論の裏付けを確認した。
【００１７】
【表２】
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【００１８】
而して、タコグラフ記録と走行区分、速度別走行距離及び区分燃費の計算により、表３を作製して、図１に示すような添加剤使用燃費対比線図を作製した。
【００１９】
【表３】
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【００２０】
【試験例２】
本発明に係る燃料添加剤をガソリンに０．３％添加して、完全燃焼の指針となる排気ガス中の不完全燃焼物である一酸化炭素及びハイドロカーボンを、アイドリング測定範囲で堀場製作所製の排気ガス測定装置で計測した。
その結果、下記表４に示すように、排気ガス中の不完全燃焼物である一酸化炭素及びハイドロカーボンが確実にカットされていることが分かった。
【００２１】
【表４】
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【００２２】
【試験例３】
三菱重工製の船舶エンジンを搭載した鮭鱒船に研究発明者本人が同乗し、本発明による燃料添加物を、使用燃料重油に基準添加量の０．３％を添加し、潤滑油の温度、排気ガス温度及び排煙状況を調査した。
結果は、下記表５に記載されたように、潤滑油，排気共温度が低下すると共に、黒煙の排出がなくなり、実施例３の結果を肯定し得た。
潤滑油の温度低下、排気温度の低下は、燃料の熱精算上で低下分の熱エネルギーは、エンジン出力上昇の運動エネルギーに転換されている。また、１６００ｒｐｍの所定回転数が１６２０ｒｐｍとなっている。
【００２３】
【表５】
0004006212.tif 000007
【００２４】
【試験例４】
車両管理が完全で、実走行で外的要因に全く左右されない一定の線路上を運行するディーゼル気動車で、本発明の燃料添加剤をディーゼル軽油に０．３％添加し、燃費節減を目的とする試験を行った。
日本旅客鉄道（株）姫路管理部所管のディーゼル気動車を特定し、走行テストを行い、次の表６、表７の結果を得た。
なお、表中、仕様２１の運用は旅客数の少ない平日で負荷の少ない日であり、仕様へ２１の運用は土、日、祭日などの負荷の大きい旅客の多い日である。
而して、表７に示すように、仕様２１の運用では２．７６％の燃費節減、仕様へ２１の運用では１８．０８％の燃費節減の改善が見られた。
【００２５】
【表６】
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【００２６】
【表７】
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【００２７】
【試験例５】
本発明の燃料添加物の実用性と使用効果の確証を得る為、船用ディーゼルエンジンを数百時間休止することなく連続稼動させ、その燃料の軽油及び重油に添加使用を計画した。而して、厳寒の厳しい条件下の北洋鮭鱒漁とすけそうだら漁に従事する船舶に本発明の燃料添加剤を使用し試験した。
即ち、北海道羅臼漁協所属船舶の軽油及び重油に、本発明の燃料添加剤を０．３％使用したものであって、この船舶において、ディーゼルノイズが殆どなくなり、エンジン音が軽快になると共に出力が増大した。
また、波と積荷による重荷重を強いられる状況下で常に不完全燃焼を惹起し、黒煙の排出が当然であった船舶が黒煙の排出がなくなった。更に、重油の粘度が下がり、軽油並みに始動性が良くなった。
燃焼室内部に固着した炭化スラッジが、航行１０日前後で灼熱状の火花で煙突より２〜３回排出され、エンジンメンテナンス経費の節減が計られた。
証左として、年一回のエンジンメーカー立会いによるエンジン分解で、三菱重工製エンジン燃焼室内部の平素金属スクレーパーで除去作業の固化した炭化スラッジがなかった。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の組成物であるアニオン界面活性剤、有機溶剤の本来の物理的、化学的な特性を検討し、ミクロ攪拌因子となる気体中に均一分散する金属イオンの燃焼反応を解明した製品である。
基準添加量を燃料に対し、０．３％以下として実施例に示す有効な数値を得たが、添加量を増すことにより理論的組成で有る故に、更に効果的な結果を得ることは事実である。
【００２９】
本発明からは、次のような諸効果を生じるものである。
（１）内燃機関燃料の燃焼特性を改善することにより、エンジン出力の上昇と燃費の節減      をはかることが出来る。
（２）異常燃焼に起因するディーゼルノック音を大幅に抑制することができ、軽快なエン      ジン音を得ることが出来る。
（３）給油ラインの清浄化と燃焼室内部の既に固着している炭化スラッジを除し、異常燃      焼の一因を解消し、常時クリーンな燃焼室を保持することが出来る。
（４）燃料の油滴群の熱分解による黒煙を始めとする微粒粉塵（ＰＭ）の排出を抑制する      ことができる出来る。
（５）完全燃焼により排気ガス中の未燃焼物質であるＣＯ、ＨＣを低減することが出来る      。
（６）出力上昇に見られる平均有効圧の持続性で、ＮＯＸ、ＣＯ２の走行距離に対する総      量規制に合致した結果を得ることが出来る。
（７）高温で排気として排出される未燃焼燃料の刺激臭がなくなり、人体の呼吸系粘膜に      対する影響を緩和することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】  試験例１における添加剤使用対比線図である。
【図１】
0004006212.tif 000010