JP2003201924A - エンジンの吸気システムに使用する空気分離膜と凝集フィルタの一体化 - Google Patents
エンジンの吸気システムに使用する空気分離膜と凝集フィルタの一体化Info
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- F02M25/10—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture adding acetylene, non-waterborne hydrogen, non-airborne oxygen, or ozone
- F02M25/12—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture adding acetylene, non-waterborne hydrogen, non-airborne oxygen, or ozone the apparatus having means for generating such gases
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 エンジンの吸気システムに使用する空気分離
膜と凝集層との一体化を提供する。 【解決手段】 内燃機関の燃焼空気に適している吸入空
気分離システム。システムの空気分離装置は、複数のフ
ァイバを含み、各ファイバは、その外部表面に透過障壁
層およびその内部表面に凝集層を備えたチューブを有
し、流滴が透過障壁層に接触するのを制限する。
膜と凝集層との一体化を提供する。 【解決手段】 内燃機関の燃焼空気に適している吸入空
気分離システム。システムの空気分離装置は、複数のフ
ァイバを含み、各ファイバは、その外部表面に透過障壁
層およびその内部表面に凝集層を備えたチューブを有
し、流滴が透過障壁層に接触するのを制限する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の吸入空
気分離システムに、より詳しくは、液体を除去すべく凝
集フィルタと一体化した酸素富化空気および窒素富化空
気の流を生成するように適合された空気分離膜を含む吸
入空気分離システムに関する。
気分離システムに、より詳しくは、液体を除去すべく凝
集フィルタと一体化した酸素富化空気および窒素富化空
気の流を生成するように適合された空気分離膜を含む吸
入空気分離システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】排気物質に対する規制は益々厳しくなっ
て、内燃機関の製造者は、燃費効率を含む許容可能なエ
ンジン性能を提供しつつそれらの排出要求に合致するよ
うにしなければならない対抗する重要性（ｉｎｔｅｒｅ
ｓｔ）に直面している。排気物質は、可視煙、粒状物
質、および窒素酸化物（ＮＯｘ）を含む。粒状物質は、
未燃焼炭化水素や煤煙を含むが、ＮＯｘ排出物は窒素酸
化物の若干不確定な混合物であり、主にＮＯやＮＯ２を
含む。燃料噴射、燃焼制御法や装置、後処理システム、
および排気ガス再循環（ＥＧＲ）システムを含む、多く
の手法が排出物の問題に向けて採用されている。
て、内燃機関の製造者は、燃費効率を含む許容可能なエ
ンジン性能を提供しつつそれらの排出要求に合致するよ
うにしなければならない対抗する重要性（ｉｎｔｅｒｅ
ｓｔ）に直面している。排気物質は、可視煙、粒状物
質、および窒素酸化物（ＮＯｘ）を含む。粒状物質は、
未燃焼炭化水素や煤煙を含むが、ＮＯｘ排出物は窒素酸
化物の若干不確定な混合物であり、主にＮＯやＮＯ２を
含む。燃料噴射、燃焼制御法や装置、後処理システム、
および排気ガス再循環（ＥＧＲ）システムを含む、多く
の手法が排出物の問題に向けて採用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】一方の問題を解消する
試みが他方への悪影響となる。例えば、排出物低減シス
テムはたいてい燃費効率に悪影響がある。燃費効率、ま
たはパワー密度を改良するために、燃焼室内の酸素量を
増加することは公知である。これは従来、燃焼室に供給
される燃焼空気を加圧することによって行われている。
燃焼空気を加圧すると燃焼に有効な酸素を増加させる。
ターボチャージャはこの目的で使用されてきた。
試みが他方への悪影響となる。例えば、排出物低減シス
テムはたいてい燃費効率に悪影響がある。燃費効率、ま
たはパワー密度を改良するために、燃焼室内の酸素量を
増加することは公知である。これは従来、燃焼室に供給
される燃焼空気を加圧することによって行われている。
燃焼空気を加圧すると燃焼に有効な酸素を増加させる。
ターボチャージャはこの目的で使用されてきた。
【０００４】排気ガスの後処理は、未燃焼炭化水素の継
続的酸化によって未燃焼炭化水素の量を低減するために
使用されうる。二次空気供給が排気流に提供されうる。
もうすでに高温になっている排気流が、排気ガス流内へ
の酸素の追加導入で燃焼をさらに支える。粒子状物質は
低減されるが、さらなる酸化によってさらに高温を排気
システム内に生成させるというトレードオフが生じる。
これらの高温用排気システムの設計には、より高温の環
境に耐えることができる構成要素が必要となる。このよ
うな構成要素は、たいてい重く且つ高価であり、より定
期的な保守が必要となる。
続的酸化によって未燃焼炭化水素の量を低減するために
使用されうる。二次空気供給が排気流に提供されうる。
もうすでに高温になっている排気流が、排気ガス流内へ
の酸素の追加導入で燃焼をさらに支える。粒子状物質は
低減されるが、さらなる酸化によってさらに高温を排気
システム内に生成させるというトレードオフが生じる。
これらの高温用排気システムの設計には、より高温の環
境に耐えることができる構成要素が必要となる。このよ
うな構成要素は、たいてい重く且つ高価であり、より定
期的な保守が必要となる。
【０００５】燃費の減少と粒子生成の減少とはたいてい
連動する傾向にある。但し、同時に、ＮＯｘ生成がたい
てい増加する。窒素が燃焼工程で使用されなかった過剰
な酸素と高温環境で混合するとＮＯｘを形成する。ゆえ
に、過剰な酸素と高燃焼温度とは、燃費の低減には有利
であるが、同組合せはＮＯｘ形成の増加に関しては不利
益に働く。エンジンの製造者は、微妙な比較検討を行わ
なければならず、それによってＮＯｘ生成、燃費、およ
び粒子状物質形成が排出基準およびエンジンユーザの要
求に合致するように制御される。
連動する傾向にある。但し、同時に、ＮＯｘ生成がたい
てい増加する。窒素が燃焼工程で使用されなかった過剰
な酸素と高温環境で混合するとＮＯｘを形成する。ゆえ
に、過剰な酸素と高燃焼温度とは、燃費の低減には有利
であるが、同組合せはＮＯｘ形成の増加に関しては不利
益に働く。エンジンの製造者は、微妙な比較検討を行わ
なければならず、それによってＮＯｘ生成、燃費、およ
び粒子状物質形成が排出基準およびエンジンユーザの要
求に合致するように制御される。
【０００６】ＮＯｘの低減は、排気ガス再循環（ＥＧ
Ｒ）を使用して行われてきた。燃焼室へＥＧＲフローを
導入することによって、ＮＯｘの生成に有効な酸素量を
低減する。酸素量を減少させることによって、燃焼工程
を緩慢にし、それによって燃焼室内のピーク温度を減少
させる。ＥＧＲシステムは典型的に排気ガスを使用する
が、富化窒素供給源を使用しても良い。
Ｒ）を使用して行われてきた。燃焼室へＥＧＲフローを
導入することによって、ＮＯｘの生成に有効な酸素量を
低減する。酸素量を減少させることによって、燃焼工程
を緩慢にし、それによって燃焼室内のピーク温度を減少
させる。ＥＧＲシステムは典型的に排気ガスを使用する
が、富化窒素供給源を使用しても良い。
【０００７】２００１年９月１８日に「ＩＮＴＡＫＥ
ＡＩＲ ＳＥＰＡＲＡＴＩＯＮ ＳＹＳＴＥＭ ＦＯＲ
ＡＮ ＩＮＴＥＲＮＡＬ ＣＯＭＢＵＳＴＩＯＮ Ｅ
ＮＧＩＮＥ」の名称で発行された米国特許第６，２８
９，８８４号は、内燃機関内の吸入空気分離の方法およ
び装置を開示している。吸入空気分離装置は、膜を利用
して吸入空気を酸素富化空気の流れと窒素富化空気の流
れとに分離する。パージ空気回路は、スイープ空気また
はパージ空気の流れを吸入空気分離装置に送るために使
用され、それによって空気分離の効率を上げる。
ＡＩＲ ＳＥＰＡＲＡＴＩＯＮ ＳＹＳＴＥＭ ＦＯＲ
ＡＮ ＩＮＴＥＲＮＡＬ ＣＯＭＢＵＳＴＩＯＮ Ｅ
ＮＧＩＮＥ」の名称で発行された米国特許第６，２８
９，８８４号は、内燃機関内の吸入空気分離の方法およ
び装置を開示している。吸入空気分離装置は、膜を利用
して吸入空気を酸素富化空気の流れと窒素富化空気の流
れとに分離する。パージ空気回路は、スイープ空気また
はパージ空気の流れを吸入空気分離装置に送るために使
用され、それによって空気分離の効率を上げる。
【０００８】空気分離膜の使用に伴う問題の１つは、膜
の表面に液体の微小滴（エアゾール）の蓄積であり、結
果的に分離効率を減少させる。エアゾールは、コンプレ
ッサのような、上流設備の潤滑から、および水の凝縮、
または分離されるガス流内に存在する他の蒸気から生じ
る。空気分離膜技術を使用する固定および処理システム
において、その問題は、分離膜の上流のエアゾールを除
去するために別の凝集フィルタの使用を通じて克服され
る。このような凝集フィルタの公知設計は、処理される
空気流の体積に対して大きく、それを通過した空気流に
関わる圧力降下が大きい。そのフィルタサイズや関連圧
力降下のため、空気分離膜を採用する多くのエンジン用
途に別の凝集フィルタを使用することは実用的ではなか
った。
の表面に液体の微小滴（エアゾール）の蓄積であり、結
果的に分離効率を減少させる。エアゾールは、コンプレ
ッサのような、上流設備の潤滑から、および水の凝縮、
または分離されるガス流内に存在する他の蒸気から生じ
る。空気分離膜技術を使用する固定および処理システム
において、その問題は、分離膜の上流のエアゾールを除
去するために別の凝集フィルタの使用を通じて克服され
る。このような凝集フィルタの公知設計は、処理される
空気流の体積に対して大きく、それを通過した空気流に
関わる圧力降下が大きい。そのフィルタサイズや関連圧
力降下のため、空気分離膜を採用する多くのエンジン用
途に別の凝集フィルタを使用することは実用的ではなか
った。
【０００９】本発明は、上述の１つまたはそれ以上の問
題を克服することに向けられている。
題を克服することに向けられている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の一形態におい
て、吸入空気分離システムは、内燃機関内の燃焼工程に
窒素富化空気を提供する。吸入空気分離システムは、エ
ンジンの燃焼工程中に使用される吸入空気を提供するよ
うに適合された吸入空気入力を備えている。吸入空気分
離装置は、吸入空気入力に流体連通し、吸入空気を受け
て、吸入空気を酸素富化空気流と窒素富化空気流とに分
離するように適合されている。吸入空気分離装置は一体
凝集フィルタを含む。透過出口は吸入空気分離装置に流
体連通し、酸素富化空気流を受けるように適合されてい
る。非透過出口は吸入空気分離装置および吸気マニフォ
ルドに流体連通している。
て、吸入空気分離システムは、内燃機関内の燃焼工程に
窒素富化空気を提供する。吸入空気分離システムは、エ
ンジンの燃焼工程中に使用される吸入空気を提供するよ
うに適合された吸入空気入力を備えている。吸入空気分
離装置は、吸入空気入力に流体連通し、吸入空気を受け
て、吸入空気を酸素富化空気流と窒素富化空気流とに分
離するように適合されている。吸入空気分離装置は一体
凝集フィルタを含む。透過出口は吸入空気分離装置に流
体連通し、酸素富化空気流を受けるように適合されてい
る。非透過出口は吸入空気分離装置および吸気マニフォ
ルドに流体連通している。
【００１１】本発明の他の形態において、吸気マニフォ
ルドおよび１つ以上の燃焼室に吸入空気を提供するよう
に適合された吸入空気システムを有する内燃機関の吸入
空気流れを分離する方法は、透過障壁層を含む吸入空気
分離装置を備えるステップと、吸入空気を吸入空気分離
装置に導くステップと、空気分離装置内の透過障壁層に
おいて、吸入空気を酸素富化空気流と窒素富化空気流と
に分離するステップと、吸入空気分離装置内に液滴が透
過障壁層に到達するのを制限する凝集層を備えるステッ
プと、窒素富化空気流と共に空気分離装置からの液滴を
通過させるステップとを有する。
ルドおよび１つ以上の燃焼室に吸入空気を提供するよう
に適合された吸入空気システムを有する内燃機関の吸入
空気流れを分離する方法は、透過障壁層を含む吸入空気
分離装置を備えるステップと、吸入空気を吸入空気分離
装置に導くステップと、空気分離装置内の透過障壁層に
おいて、吸入空気を酸素富化空気流と窒素富化空気流と
に分離するステップと、吸入空気分離装置内に液滴が透
過障壁層に到達するのを制限する凝集層を備えるステッ
プと、窒素富化空気流と共に空気分離装置からの液滴を
通過させるステップとを有する。
【００１２】本発明の他の形態において、進入ガス流を
第１のガス成分流と第２のガス成分流とに分離するガス
分離装置は、シェル、進入ガス流をシェル内に受け入れ
るシェルの入口、シェルからの第１のガス成分流用透過
出口、およびシェルからの第２のガス成分流用非透過出
口を備えている。複数のファイバはシェル内に配置さ
れ、それぞれが進入ガス流の一部を受け入れるように適
合されている。各ファイバは、進入ガス流の一部を第１
のガス成分流と第２のガス成分流とに分離するように適
合された透過障壁層と、透過障壁層への液滴の通過を制
限する凝集層とを含む。
第１のガス成分流と第２のガス成分流とに分離するガス
分離装置は、シェル、進入ガス流をシェル内に受け入れ
るシェルの入口、シェルからの第１のガス成分流用透過
出口、およびシェルからの第２のガス成分流用非透過出
口を備えている。複数のファイバはシェル内に配置さ
れ、それぞれが進入ガス流の一部を受け入れるように適
合されている。各ファイバは、進入ガス流の一部を第１
のガス成分流と第２のガス成分流とに分離するように適
合された透過障壁層と、透過障壁層への液滴の通過を制
限する凝集層とを含む。
【００１３】本発明の他の形態において、内燃機関は、
複数の燃焼室、排気導管を含む排気システム、吸気マニ
フォルド、および複数の燃焼室内の燃焼工程に窒素富化
空気流を提供するように適合された吸入空気分離システ
ムを含む燃焼セクションを備えている。吸入空気分離シ
ステムは、機関の燃焼工程中に使用される吸入空気を供
給するように適合された吸入空気入力を有する。吸入空
気分離装置は、吸入空気入力と流体連通し、吸入空気を
受けて、吸入空気を酸素富化空気流と窒素富化空気流と
に分離するように適合されている。吸入空気分離装置は
一体凝集フィルタを含む。透過出口は、吸入空気分離装
置に流体連通し、酸素富化空気流を受けるように適合さ
れている。非透過出口は、吸入空気分離装置および吸気
マニフォルドに流体連通し、燃焼工程で使用するために
吸気マニフォルドに窒素富化空気流を提供するように適
合されている。
複数の燃焼室、排気導管を含む排気システム、吸気マニ
フォルド、および複数の燃焼室内の燃焼工程に窒素富化
空気流を提供するように適合された吸入空気分離システ
ムを含む燃焼セクションを備えている。吸入空気分離シ
ステムは、機関の燃焼工程中に使用される吸入空気を供
給するように適合された吸入空気入力を有する。吸入空
気分離装置は、吸入空気入力と流体連通し、吸入空気を
受けて、吸入空気を酸素富化空気流と窒素富化空気流と
に分離するように適合されている。吸入空気分離装置は
一体凝集フィルタを含む。透過出口は、吸入空気分離装
置に流体連通し、酸素富化空気流を受けるように適合さ
れている。非透過出口は、吸入空気分離装置および吸気
マニフォルドに流体連通し、燃焼工程で使用するために
吸気マニフォルドに窒素富化空気流を提供するように適
合されている。
【００１４】
【発明の実施の形態】さて、図面、特に図１を参照する
に、重負荷用ディーゼルエンジン１２の吸入空気分離シ
ステム１０の概略図が示されている。
に、重負荷用ディーゼルエンジン１２の吸入空気分離シ
ステム１０の概略図が示されている。
【００１５】ディーゼルエンジン１２の吸気側は、吸入
空気導管１４、吸気マニフォルド１６、および、排気ガ
ス被駆動タービン２２に連結され、それによって駆動さ
れる吸入空気コンプレッサ２０を含むターボチャージャ
のような、吸入空気加圧装置１８を含む。中間冷却器ま
たはエアツーエアアフタークラー（ＡＴＡＡＣ）２４
が、コンプレッサ２０と吸気マニフォルド１６との間の
吸入空気導管１４内に提供される。空気コンプレッサ２
０は吸入空気入力２６から吸入空気を受ける。
空気導管１４、吸気マニフォルド１６、および、排気ガ
ス被駆動タービン２２に連結され、それによって駆動さ
れる吸入空気コンプレッサ２０を含むターボチャージャ
のような、吸入空気加圧装置１８を含む。中間冷却器ま
たはエアツーエアアフタークラー（ＡＴＡＡＣ）２４
が、コンプレッサ２０と吸気マニフォルド１６との間の
吸入空気導管１４内に提供される。空気コンプレッサ２
０は吸入空気入力２６から吸入空気を受ける。
【００１６】エンジン１２は、他の要素もあるが、複数
の燃焼室３２を内部に形成するエンジンブロックおよび
シリンダヘッドを含む主燃焼セクション３０を含む。燃
料噴射器、燃料のポート噴射またはマニフォルド導入の
ような燃料導入手段、シリンダライナ、少なくとも１つ
の吸気ポートおよび対応する吸気弁、少なくとも１つの
排気ポートおよび対応する排気弁、および各燃焼室３２
内で移動可能な往復ピストンが、提供されるか、または
各燃焼室３２と関連付けられる。
の燃焼室３２を内部に形成するエンジンブロックおよび
シリンダヘッドを含む主燃焼セクション３０を含む。燃
料噴射器、燃料のポート噴射またはマニフォルド導入の
ような燃料導入手段、シリンダライナ、少なくとも１つ
の吸気ポートおよび対応する吸気弁、少なくとも１つの
排気ポートおよび対応する排気弁、および各燃焼室３２
内で移動可能な往復ピストンが、提供されるか、または
各燃焼室３２と関連付けられる。
【００１７】排気システム４０は、排気マニフォルド４
２または分割排気マニフォルド、および排気マニフォル
ド４２から、矢印４６で示されるように、排気ガス流を
運ぶ１本またはそれ以上の排気導管４４を含む。排気導
管４４は、公知の方法でタービン２２を駆動させるため
の排気ガス流４６をタービン２２に導く。排気導管４４
は、後述されるさらなる用途、および次の放出のために
排気ガス流４６をタービン２２から遠く離れるように導
く。オプションとして、排気システム４０は、粒子トラ
ップ、ＮＯｘ吸収器、酸化および／または希薄なＮＯｘ
触媒のような、１つまたはそれ以上の後処理装置（図示
せず）、または他のこのような装置をさらに含んでも良
い。
２または分割排気マニフォルド、および排気マニフォル
ド４２から、矢印４６で示されるように、排気ガス流を
運ぶ１本またはそれ以上の排気導管４４を含む。排気導
管４４は、公知の方法でタービン２２を駆動させるため
の排気ガス流４６をタービン２２に導く。排気導管４４
は、後述されるさらなる用途、および次の放出のために
排気ガス流４６をタービン２２から遠く離れるように導
く。オプションとして、排気システム４０は、粒子トラ
ップ、ＮＯｘ吸収器、酸化および／または希薄なＮＯｘ
触媒のような、１つまたはそれ以上の後処理装置（図示
せず）、または他のこのような装置をさらに含んでも良
い。
【００１８】エンジンコントロールモジュール（ＥＣ
Ｍ）５０は、１つまたはそれ以上の測定、または感知さ
れたエンジン動作パラメータに応答して燃料噴射タイミ
ングおよび空気システム弁動作を動作可能に制御するよ
うに提供される。ＥＣＭ５０への入力データを提供する
ために、１つまたはそれ以上のセンサ５２が提供され、
様々なエンジン位置において様々なエンジン動作条件を
感知する。例えば、１つのそのようなセンサ５２が吸気
マニフォルド１６に示されているが、吸入空気圧力デー
タをＥＣＭ５０に提供すべく吸入空気システム１０内の
他の位置に提供されても良い。他のセンサ５２は、エン
ジン１２の動作条件に関わる必要な入力情報を提供する
ために、当業者が容易に理解できるような、温度セン
サ、酸素センサなどである。さらに、エンジン１２は、
エンジン速度、エンジン負荷、ブースト圧力条件などの
ような、様々なエンジン条件に応答して制御されるよう
に、オペレータ５４によってＥＣＭ５０に動作可能に接
続される弁、フィルタ、アクチュエータ、バイパス回路
などを含む。
Ｍ）５０は、１つまたはそれ以上の測定、または感知さ
れたエンジン動作パラメータに応答して燃料噴射タイミ
ングおよび空気システム弁動作を動作可能に制御するよ
うに提供される。ＥＣＭ５０への入力データを提供する
ために、１つまたはそれ以上のセンサ５２が提供され、
様々なエンジン位置において様々なエンジン動作条件を
感知する。例えば、１つのそのようなセンサ５２が吸気
マニフォルド１６に示されているが、吸入空気圧力デー
タをＥＣＭ５０に提供すべく吸入空気システム１０内の
他の位置に提供されても良い。他のセンサ５２は、エン
ジン１２の動作条件に関わる必要な入力情報を提供する
ために、当業者が容易に理解できるような、温度セン
サ、酸素センサなどである。さらに、エンジン１２は、
エンジン速度、エンジン負荷、ブースト圧力条件などの
ような、様々なエンジン条件に応答して制御されるよう
に、オペレータ５４によってＥＣＭ５０に動作可能に接
続される弁、フィルタ、アクチュエータ、バイパス回路
などを含む。
【００１９】本吸入空気分離システム１０が示され、重
負荷用直列６気筒４ストローク直噴射式ディーゼルエン
ジンに使用するように記載されるが、代替燃料エンジ
ン、ガソリンエンジン、天然ガスエンジン、２ストロー
クエンジン、二重燃料エンジン等を含む多くの他のエン
ジンタイプが使用されても良い。エンジン構造は、提供
される燃焼室３２の数に対する様々な変更だけでなく、
直列および／またはＶ型エンジンを含む。
負荷用直列６気筒４ストローク直噴射式ディーゼルエン
ジンに使用するように記載されるが、代替燃料エンジ
ン、ガソリンエンジン、天然ガスエンジン、２ストロー
クエンジン、二重燃料エンジン等を含む多くの他のエン
ジンタイプが使用されても良い。エンジン構造は、提供
される燃焼室３２の数に対する様々な変更だけでなく、
直列および／またはＶ型エンジンを含む。
【００２０】図１に示された実施形態において、吸入空
気導管１４は、吸入空気入力２６、ターボチャージャ１
８のコンプレッサ２０、およびＡＴＡＡＣ２４と流体連
通している。吸入空気分離システム１０はターボチャー
ジャディーゼルエンジンとの関連で示され記載されてい
るが、システム１０は、可変容量ターボチャージャ（Ｖ
ＧＴ）付きエンジンまたは他の過給機関の装備されたエ
ンジンに対しても同等に有用である。
気導管１４は、吸入空気入力２６、ターボチャージャ１
８のコンプレッサ２０、およびＡＴＡＡＣ２４と流体連
通している。吸入空気分離システム１０はターボチャー
ジャディーゼルエンジンとの関連で示され記載されてい
るが、システム１０は、可変容量ターボチャージャ（Ｖ
ＧＴ）付きエンジンまたは他の過給機関の装備されたエ
ンジンに対しても同等に有用である。
【００２１】吸入空気分離システム１０は、分離装置６
０の入口６２において燃焼空気を受けるように適合され
た吸気ガスまたは空気分離装置６０を含む。分離装置６
０内で、示された実施形態においては、矢印で示された
燃焼空気流６４である進入ガス流は、第１のガス成分流
と第２のガス成分流とに分離される。燃焼空気流６４
は、エンジン１２の所要燃焼空気の全てであるか、また
は一部の燃焼空気が分離装置６０を迂回できるようにな
っているシステム（図示せず）内の所要燃焼空気の少な
くとも一部である。システム１０において、第１のガス
成分流は矢印で示された酸素富化空気流６６であり、第
２のガス成分流は矢印で示された窒素富化空気流６８で
あり、これらは透過出口７０および非透過出口７２を介
してそれぞれ分離装置６０から出て行く。本発明の他の
使用において、第１および第２のガス成分流は、酸素お
よび窒素富化ガス以外のものであっても良い。
０の入口６２において燃焼空気を受けるように適合され
た吸気ガスまたは空気分離装置６０を含む。分離装置６
０内で、示された実施形態においては、矢印で示された
燃焼空気流６４である進入ガス流は、第１のガス成分流
と第２のガス成分流とに分離される。燃焼空気流６４
は、エンジン１２の所要燃焼空気の全てであるか、また
は一部の燃焼空気が分離装置６０を迂回できるようにな
っているシステム（図示せず）内の所要燃焼空気の少な
くとも一部である。システム１０において、第１のガス
成分流は矢印で示された酸素富化空気流６６であり、第
２のガス成分流は矢印で示された窒素富化空気流６８で
あり、これらは透過出口７０および非透過出口７２を介
してそれぞれ分離装置６０から出て行く。本発明の他の
使用において、第１および第２のガス成分流は、酸素お
よび窒素富化ガス以外のものであっても良い。
【００２２】パージガス入口７４はまた、矢印で示され
たパージガス、またはスイープガス流７６を提供して、
分離装置６０の透過効率を促進するために提供される。
パージ入口７４は、パージガス導管７８を介して排気導
管４４に連結され、それによってパージガス流７６とし
て排気ガスを供給する。パージガス流７６はまた排気導
管４４以外の供給源から提供され得ることは理解されよ
う。例えば、コンプレッサ２０の入口側からのきれいな
空気もまた使用され得るが、いずれの場合にしても、パ
ージガス導管７８は吸入空気入力２６からの空気流を受
けるように連結される。パージガス流７６は、実質的に
透過流、すなわち酸素富化空気流６６と組み合わさっ
て、透過出口７０を経て分離装置６０を出て行く。
たパージガス、またはスイープガス流７６を提供して、
分離装置６０の透過効率を促進するために提供される。
パージ入口７４は、パージガス導管７８を介して排気導
管４４に連結され、それによってパージガス流７６とし
て排気ガスを供給する。パージガス流７６はまた排気導
管４４以外の供給源から提供され得ることは理解されよ
う。例えば、コンプレッサ２０の入口側からのきれいな
空気もまた使用され得るが、いずれの場合にしても、パ
ージガス導管７８は吸入空気入力２６からの空気流を受
けるように連結される。パージガス流７６は、実質的に
透過流、すなわち酸素富化空気流６６と組み合わさっ
て、透過出口７０を経て分離装置６０を出て行く。
【００２３】吸入空気分離装置６０は、進入ガス流を異
なるガスに富化された第１および第２の流に分離する透
過性分離膜８０を選択的に使用するのが好ましい。例示
されるようにエンジン１２に対して、膜８０は、周囲の
吸入空気を酸素富化空気と窒素富化空気との流に分離す
る能力を有するように選択される。このような膜８０
は、米国特許第５，６４９，５１７号（Ｐｏｏｌｓその
外）、米国特許第５，５２６，６４１号（Ｓｅｋａｒそ
の外）、米国特許第５，６４０，８４５号（Ｎｇその
外）、米国特許第５，１４７，４１７号（Ｎｅｍｓｅ
ｒ）、およびＣｅｎｔｅｒ ｆｏｒ Ｔｒａｎｓｐｏｒ
ｔａｔｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ａｒｇｏｎｎｅ Ｎ
ａｔｉｏｎａｌ Ｌｉｂｒａｒｙ（１９９８年１０月）
からの「Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｂａｓｅｄ Ａｉｒ Ｃｏ
ｍｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌｆｏｒ Ｌｉｇｈ
ｔ Ｄｕｔｙ Ｄｅｉｓｅｌ Ｖｅｈｉｃｌｅｓ」の名
称でＫ．ＳｔｏｒｋおよびＲ．Ｐｏｏｌａによる刊行物
の開示によって明示されるように、技術上公知である。
なるガスに富化された第１および第２の流に分離する透
過性分離膜８０を選択的に使用するのが好ましい。例示
されるようにエンジン１２に対して、膜８０は、周囲の
吸入空気を酸素富化空気と窒素富化空気との流に分離す
る能力を有するように選択される。このような膜８０
は、米国特許第５，６４９，５１７号（Ｐｏｏｌｓその
外）、米国特許第５，５２６，６４１号（Ｓｅｋａｒそ
の外）、米国特許第５，６４０，８４５号（Ｎｇその
外）、米国特許第５，１４７，４１７号（Ｎｅｍｓｅ
ｒ）、およびＣｅｎｔｅｒ ｆｏｒ Ｔｒａｎｓｐｏｒ
ｔａｔｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ａｒｇｏｎｎｅ Ｎ
ａｔｉｏｎａｌ Ｌｉｂｒａｒｙ（１９９８年１０月）
からの「Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｂａｓｅｄ Ａｉｒ Ｃｏ
ｍｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌｆｏｒ Ｌｉｇｈ
ｔ Ｄｕｔｙ Ｄｅｉｓｅｌ Ｖｅｈｉｃｌｅｓ」の名
称でＫ．ＳｔｏｒｋおよびＲ．Ｐｏｏｌａによる刊行物
の開示によって明示されるように、技術上公知である。
【００２４】図２、３、４に示されるように、空気分離
装置６０は、燃焼空気入口６２、パージガス入口７４、
透過出口７０および非透過出口７２を内部に有するハウ
ジングすなわちシェル８２を含む。膜８０は、ハウジン
グ８２内で略長手方向またはらせん方向に配置され、両
端が注封材料８６に埋め込まれる複数の選択的に透過可
能なファイバ８４を含む。注封材料８６の使用は、製造
および組立が容易となるので有利であるが、他の封止物
質を使用することも可能である。例えば、各中空ファイ
バ８４の周りに設置された孔を有するゴム弾性の端壁板
が使用されても良い。数本のファイバ８４のみが、明瞭
化のため、図２で識別されている。燃焼空気流６４は、
中空ファイバ８４間の領域が注封材料８６で封止されて
いるという理由で、中空ファイバ８４内を流れることに
よってしか装置６０に入ることができない。
装置６０は、燃焼空気入口６２、パージガス入口７４、
透過出口７０および非透過出口７２を内部に有するハウ
ジングすなわちシェル８２を含む。膜８０は、ハウジン
グ８２内で略長手方向またはらせん方向に配置され、両
端が注封材料８６に埋め込まれる複数の選択的に透過可
能なファイバ８４を含む。注封材料８６の使用は、製造
および組立が容易となるので有利であるが、他の封止物
質を使用することも可能である。例えば、各中空ファイ
バ８４の周りに設置された孔を有するゴム弾性の端壁板
が使用されても良い。数本のファイバ８４のみが、明瞭
化のため、図２で識別されている。燃焼空気流６４は、
中空ファイバ８４間の領域が注封材料８６で封止されて
いるという理由で、中空ファイバ８４内を流れることに
よってしか装置６０に入ることができない。
【００２５】図４に示されるように、ファイバ８４は、
選択されたガスを比較的速く外側に透過させるが、他の
ガスについてはかなり緩やかに外側に透過させ、内部に
滞留し、構造体の長さにわたって運ばれやすい中空多孔
質構造である。吸入空気分離システム１０にとって重要
なことは、酸素が、窒素よりも速くファイバ８４を透過
する傾向にあることである。
選択されたガスを比較的速く外側に透過させるが、他の
ガスについてはかなり緩やかに外側に透過させ、内部に
滞留し、構造体の長さにわたって運ばれやすい中空多孔
質構造である。吸入空気分離システム１０にとって重要
なことは、酸素が、窒素よりも速くファイバ８４を透過
する傾向にあることである。
【００２６】各ファイバ８４は、ファイバの構造的要素
を形成する高透過性チューブ９０を含む。透過障壁層９
２は、チューブ９０の外部表面に提供される。層９２
は、それを通過するガスの透過に対する選択的障壁であ
り、ゆえに燃焼空気流６４を酸素富化空気流６６および
窒素富化空気流６８に分離を引き起こす。凝集フィルタ
は、各チューブ９０の内部表面に配置された凝集層９４
として提供される。進入燃焼空気流６４は、最初に凝集
層９４に曝され、いかなるエアゾールまたは他の液体
も、凝集層９４に溜まるように小滴９６に凝集される。
凝集層９４は、チューブ９０を通って透過障壁層９２へ
の液体およびエアゾールの移動を制限する。
を形成する高透過性チューブ９０を含む。透過障壁層９
２は、チューブ９０の外部表面に提供される。層９２
は、それを通過するガスの透過に対する選択的障壁であ
り、ゆえに燃焼空気流６４を酸素富化空気流６６および
窒素富化空気流６８に分離を引き起こす。凝集フィルタ
は、各チューブ９０の内部表面に配置された凝集層９４
として提供される。進入燃焼空気流６４は、最初に凝集
層９４に曝され、いかなるエアゾールまたは他の液体
も、凝集層９４に溜まるように小滴９６に凝集される。
凝集層９４は、チューブ９０を通って透過障壁層９２へ
の液体およびエアゾールの移動を制限する。
【００２７】燃焼空気流６４は、吸入空気分離装置６０
に、一般にハウジング８２およびファイバ８４の端部に
導入されて、それらを通って流れる。酸素はファイバ８
４を透過する傾向があるが、窒素は透過しない。パージ
ガス流７６は、ファイバ８４の透過側の空気分離装置６
０に導入される。
に、一般にハウジング８２およびファイバ８４の端部に
導入されて、それらを通って流れる。酸素はファイバ８
４を透過する傾向があるが、窒素は透過しない。パージ
ガス流７６は、ファイバ８４の透過側の空気分離装置６
０に導入される。
【００２８】パージガス流７６として空気分離装置６０
に使用する排気ガスを正しく調整するために、汚染物質
を除去するための粒子フィルタ９８（図１）と、排気ガ
スの温度を調整するための熱交換器１００とがパージガ
ス導管７８内に提供される。
に使用する排気ガスを正しく調整するために、汚染物質
を除去するための粒子フィルタ９８（図１）と、排気ガ
スの温度を調整するための熱交換器１００とがパージガ
ス導管７８内に提供される。
【００２９】さらに、弁１０２のような、流量制御装置
を使用して燃焼空気流６４、酸素富化空気流６６、窒素
富化空気流６８、およびパージガス流７６の流れを制御
できる。代表的な弁１０２が様々な位置にあるように図
面では示されているが、再び、それよりも多いか、また
は少ない数の弁１０２が使用されても良いことは当業者
には容易に理解されよう。
を使用して燃焼空気流６４、酸素富化空気流６６、窒素
富化空気流６８、およびパージガス流７６の流れを制御
できる。代表的な弁１０２が様々な位置にあるように図
面では示されているが、再び、それよりも多いか、また
は少ない数の弁１０２が使用されても良いことは当業者
には容易に理解されよう。
【００３０】（産業上の利用分野）本発明の吸入空気分
離システム１０の使用および動作において、燃料は、後
述されるように、燃焼空気と共に燃焼室３２に供給さ
れ、燃料と燃焼空気との組合せが公知の方法で燃焼され
る。燃焼室３２からの排気ガスは排気マニフォルド４２
に放出され、排気導管４４に流れる。排気導管４４内の
排気ガス流４６は、タービン２２を経て流れ、タービン
２２を回転させるパワーを供給する。次いで、タービン
２２が、公知の方法で、コンプレッサ２０を駆動する。
離システム１０の使用および動作において、燃料は、後
述されるように、燃焼空気と共に燃焼室３２に供給さ
れ、燃料と燃焼空気との組合せが公知の方法で燃焼され
る。燃焼室３２からの排気ガスは排気マニフォルド４２
に放出され、排気導管４４に流れる。排気導管４４内の
排気ガス流４６は、タービン２２を経て流れ、タービン
２２を回転させるパワーを供給する。次いで、タービン
２２が、公知の方法で、コンプレッサ２０を駆動する。
【００３１】吸入空気は、吸入空気入力２６を介してコ
ンプレッサ２０に引き込まれ、内部で圧縮され、吸気導
管１４に放出される。燃焼空気流６４は、吸気導管１４
およびＡＴＡＡＣ２４を経て空気分離装置６０に流れ
る。コンプレッサ２０に提供される潤滑油は、コンプレ
ッサ２０を通る気流内に閉じ込められた状態となる。さ
らに、その工程に伴う温度変化は、ガスの液体への凝縮
となり、これはまた燃焼空気流６４内に閉じ込められた
状態となる。除去されなければ、液体の小滴が膜８０
に、特に透過障壁層９２に溜まり、その分離効率を減少
させる。
ンプレッサ２０に引き込まれ、内部で圧縮され、吸気導
管１４に放出される。燃焼空気流６４は、吸気導管１４
およびＡＴＡＡＣ２４を経て空気分離装置６０に流れ
る。コンプレッサ２０に提供される潤滑油は、コンプレ
ッサ２０を通る気流内に閉じ込められた状態となる。さ
らに、その工程に伴う温度変化は、ガスの液体への凝縮
となり、これはまた燃焼空気流６４内に閉じ込められた
状態となる。除去されなければ、液体の小滴が膜８０
に、特に透過障壁層９２に溜まり、その分離効率を減少
させる。
【００３２】燃焼空気流６４は、入口６２において装置
６０に入り、ファイバ８４を通って流れる。ファイバ８
４の選択的透過性は、燃焼空気流６４を、ファイバ８
４、特にその透過障壁層９２を透過でき、その後透過出
口７０に流れるこれらのガスを含む酸素富化空気流６６
と、非透過出口７２に到達する前に、ファイバ８４、特
にその透過障壁層９２を透過できないこれらのガスを含
む窒素富化空気流６８とに分割する。
６０に入り、ファイバ８４を通って流れる。ファイバ８
４の選択的透過性は、燃焼空気流６４を、ファイバ８
４、特にその透過障壁層９２を透過でき、その後透過出
口７０に流れるこれらのガスを含む酸素富化空気流６６
と、非透過出口７２に到達する前に、ファイバ８４、特
にその透過障壁層９２を透過できないこれらのガスを含
む窒素富化空気流６８とに分割する。
【００３３】燃焼空気流６４内に閉じ込められたエアゾ
ールと他の液滴は、凝集層９４で凝集され、チューブ９
０を通過して層９２に到達するのを抑制される。各ファ
イバ８４を通る空気流は、凝集層９４の滴９６を非透過
出口７２に移動させる。入口６２が非透過出口７２より
も高い位置となる、少なくとも最小限の垂直方向の向き
に空気分離装置６０を位置決めすると、滴９６を非透過
出口７２に向かって移動し易くなる。多くの条件下で、
滴９６は、燃焼室３２内の燃焼工程に何の悪影響も及ぼ
すことなく燃焼室３２に進める。
ールと他の液滴は、凝集層９４で凝集され、チューブ９
０を通過して層９２に到達するのを抑制される。各ファ
イバ８４を通る空気流は、凝集層９４の滴９６を非透過
出口７２に移動させる。入口６２が非透過出口７２より
も高い位置となる、少なくとも最小限の垂直方向の向き
に空気分離装置６０を位置決めすると、滴９６を非透過
出口７２に向かって移動し易くなる。多くの条件下で、
滴９６は、燃焼室３２内の燃焼工程に何の悪影響も及ぼ
すことなく燃焼室３２に進める。
【００３４】ファイバ８４の機能は、燃焼空気流６４を
酸素富化空気流６６と窒素富化空気流６８とに分離する
こととして記載されているが、分離される空気流のそれ
ぞれは、酸素および窒素のそれぞれを除く多くのガスを
含むことは理解されよう。酸素富化空気流６６は、例え
ば、酸素に加えて水素、水蒸気および二酸化炭素のよう
な、ファイバ８４を容易に透過するガスが窒素富化空気
流６８よりも濃い。窒素富化空気流６８は、例えば、一
酸化炭素や窒素のような、ファイバ８４を容易に透過し
ないガスが酸素富化空気流６６よりも濃い。さらに、そ
れはガスの最終的な分離ではない。例えば、全ての酸素
がファイバ８４を透過するわけではない。燃焼室３２内
の燃焼を支えるのに十分な酸素が窒素富化空気流６８内
に残る。
酸素富化空気流６６と窒素富化空気流６８とに分離する
こととして記載されているが、分離される空気流のそれ
ぞれは、酸素および窒素のそれぞれを除く多くのガスを
含むことは理解されよう。酸素富化空気流６６は、例え
ば、酸素に加えて水素、水蒸気および二酸化炭素のよう
な、ファイバ８４を容易に透過するガスが窒素富化空気
流６８よりも濃い。窒素富化空気流６８は、例えば、一
酸化炭素や窒素のような、ファイバ８４を容易に透過し
ないガスが酸素富化空気流６６よりも濃い。さらに、そ
れはガスの最終的な分離ではない。例えば、全ての酸素
がファイバ８４を透過するわけではない。燃焼室３２内
の燃焼を支えるのに十分な酸素が窒素富化空気流６８内
に残る。
【００３５】排気ガス流４６からの一部の排気ガスはパ
ージガス導管７８に入り、パージガス流７６となり、パ
ージガス導管７８を経て空気分離装置６０のパージガス
入口７４に流入する。パージガス流７６はファイバ８４
の透過側の空気分離装置６０に入る。燃焼室３２内での
燃焼からの排気ガスであるパージガス流７６は、低酸素
含有量および高窒素含有量を有する。
ージガス導管７８に入り、パージガス流７６となり、パ
ージガス導管７８を経て空気分離装置６０のパージガス
入口７４に流入する。パージガス流７６はファイバ８４
の透過側の空気分離装置６０に入る。燃焼室３２内での
燃焼からの排気ガスであるパージガス流７６は、低酸素
含有量および高窒素含有量を有する。
【００３６】ファイバ８４を通るガスの透過速度に影響
する要因の中には、ファイバ８４の対向側に加わるガス
の部分ガス圧力がある。窒素含有量が高く、酸素含有量
が低いスイープまたはパージガス流７６をファイバ８４
の透過側に提供することによって、ファイバ８４を通る
酸素および窒素の透過速度が影響を受ける。上述のよう
なパージガス流７６を使用することによって、より高速
な酸素透過が、窒素透過速度を増すことなく達成され
る。ゆえに、特にエンジン１２の高負荷時において、高
い酸素流束（ｆｌｕｘ）は、窒素流束を増加させること
なく達成される。あるいは、ファイバ８４表面をより小
さくすることが、ファイバ８４を横切る総質量流束が減
少するのに対応して燃費も減少し、所定非透過窒素純度
条件を満たすために必要となる。
する要因の中には、ファイバ８４の対向側に加わるガス
の部分ガス圧力がある。窒素含有量が高く、酸素含有量
が低いスイープまたはパージガス流７６をファイバ８４
の透過側に提供することによって、ファイバ８４を通る
酸素および窒素の透過速度が影響を受ける。上述のよう
なパージガス流７６を使用することによって、より高速
な酸素透過が、窒素透過速度を増すことなく達成され
る。ゆえに、特にエンジン１２の高負荷時において、高
い酸素流束（ｆｌｕｘ）は、窒素流束を増加させること
なく達成される。あるいは、ファイバ８４表面をより小
さくすることが、ファイバ８４を横切る総質量流束が減
少するのに対応して燃費も減少し、所定非透過窒素純度
条件を満たすために必要となる。
【００３７】適切な膜８０を備えた装置６０は、進入ガ
ス流を、酸素および窒素以外のガスと、エンジンに燃焼
空気流を供給すること以外のプロセスとに対して第１の
ガス成分流と第２のガス成分流とに分離するために使用
されることができる。本発明による凝集層９４を使用す
ると、これらの代替的状況におけるガス流の分離に対し
ても利点となる。さらに、本発明は、中空ファイバ８４
と関連付けられた膜８０と共に示され、記載されている
が、膜８０は、チューブ以外の構成においてその対向面
間の障壁としても使用されることができ、それと関連付
けられた凝集層９４も利点となる。その流れが示された
ものと反対であることもあり、進入ガス流がチューブ９
０の外側に提供される、この場合、透過障壁層９２と凝
集層９４との位置が逆になり、凝集層９４がチューブ９
０の外側に、透過障壁層９２がチューブ９０の内側にな
る。凝集層９４は、ガス流動方向に、進入ガス流と透過
障壁層９２との間に提供される。
ス流を、酸素および窒素以外のガスと、エンジンに燃焼
空気流を供給すること以外のプロセスとに対して第１の
ガス成分流と第２のガス成分流とに分離するために使用
されることができる。本発明による凝集層９４を使用す
ると、これらの代替的状況におけるガス流の分離に対し
ても利点となる。さらに、本発明は、中空ファイバ８４
と関連付けられた膜８０と共に示され、記載されている
が、膜８０は、チューブ以外の構成においてその対向面
間の障壁としても使用されることができ、それと関連付
けられた凝集層９４も利点となる。その流れが示された
ものと反対であることもあり、進入ガス流がチューブ９
０の外側に提供される、この場合、透過障壁層９２と凝
集層９４との位置が逆になり、凝集層９４がチューブ９
０の外側に、透過障壁層９２がチューブ９０の内側にな
る。凝集層９４は、ガス流動方向に、進入ガス流と透過
障壁層９２との間に提供される。
【００３８】本発明は、分離を行った空気流内に存在す
るエアゾール、すなわち微小液滴を除去することによっ
て空気分離膜の性能強化を提供する。除去は、大規模な
別の装置が不要で、たいてい別の凝集フィルタとの関わ
りの結果として生じる大きな圧力降下もなく、効率的に
行われる。
るエアゾール、すなわち微小液滴を除去することによっ
て空気分離膜の性能強化を提供する。除去は、大規模な
別の装置が不要で、たいてい別の凝集フィルタとの関わ
りの結果として生じる大きな圧力降下もなく、効率的に
行われる。
【００３９】この発明の他の形態、目的、および利点
は、図面、明細書、および添付した特許請求の範囲の検
討によって得られる。
は、図面、明細書、および添付した特許請求の範囲の検
討によって得られる。
【図１】本発明の一体化された空気分離膜および凝集フ
ィルタを備えた入口空気システムを有する内燃機関の概
略図である。
ィルタを備えた入口空気システムを有する内燃機関の概
略図である。
【図２】図１に示された空気分離装置の端面図である。
【図３】図２に示された装置の縦断面図である。
【図４】空気分離装置の１本のファイバの拡大斜視図で
ある。
ある。
１０ 吸入空気分離システム
１２ ディーゼルエンジン
１４ 吸入空気導管
１６ 吸気マニフォルド
１８ 吸入空気加圧装置
２０ 吸入空気コンプレッサ
２２ 排気ガス被駆動タービン
２４ エアツーエアアフタークラー（ＡＴＡＡＣ）
２６ 吸入空気入力
３０ 主燃焼セクション
３２ 燃焼室
４０ 排気システム
４２ 排気マニフォルド
４４ 排気導管
４６ 排気ガス流
５０ エンジンコントロールモジュール（ＥＣＭ）
５２ センサ
５４ オペレータ
６０ 空気分離装置
６２ 燃焼空気入口
６４ 燃焼空気流
６６ 酸素富化空気流
６８ 窒素富化空気流
７０ 透過出口
７２ 非透過出口
７４ パージガス入口
７６ パージガス流
７８ パージガス導管
８０ 透過性分離膜
８２ シェル
８４ 中空ファイバ
８６ 注封材料
９０ 高透過性チューブ
９２ 透過障壁層
９４ 凝集層
９６ 小滴
９８ 粒子フィルタ
１００
１０２ 熱交換器弁
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｆ０２Ｍ 35/10 ３１１ Ｆ０２Ｍ 35/10 ３０１Ｚ
(72)発明者 マイケル イー．モンセル
アメリカ合衆国 61704−8471 イリノイ
州 ブルーミントン レーベンウッド サ
ークル 45
Ｆターム(参考） 3G005 EA16 FA35 GB17 GB18 JB03
3G062 AA01 ED04 ED10
Claims (20)
- 【請求項１】 吸気マニフォルドを有する内燃機関内に
燃焼工程用の窒素富化空気を提供するように適合された
吸入空気分離システムであって、 前記機関の前記燃焼工程で使用される吸入空気を提供す
るように適合された吸入空気入力と、 前記吸入空気入力に流体連通し、前記吸入空気を受け
て、前記吸入空気を酸素富化空気流と窒素富化空気流と
に分離するように適合された吸入空気分離装置であっ
て、一体凝集フィルタを含む吸入空気分離装置と、 前記吸入空気分離装置に流体連通し、前記酸素富化空気
流を受けるように適合された透過出口と、前記吸入空気
分離装置および前記吸気マニフォルドに流体連通し、前
記燃焼工程で使用するために前記窒素富化空気流を前記
吸気マニフォルドに提供するように適合された非透過出
口とを備える吸入空気分離システム。 - 【請求項２】 前記吸入空気分離装置は、一体凝集フィ
ルタを有する複数の中空ファイバを含む請求項１に記載
の吸入空気分離システム。 - 【請求項３】 前記ファイバは、それぞれ、チューブ、
透過障壁層、および凝集層を有する請求項２に記載の吸
入空気分離システム。 - 【請求項４】 前記透過障壁層は前記チューブの外表面
に配置され、前記凝集層は前記チューブの内表面に配置
されている請求項３に記載の吸入空気分離システム。 - 【請求項５】 前記吸入空気分離装置はシェルを有し、
前記チューブは前記シェル内に配置され、前記チューブ
は、注封材料内に埋め込まれた両端部を有する請求項４
に記載の吸入空気分離システム。 - 【請求項６】 前記吸入空気分離装置は前記吸入空気用
の入口を有し、前記吸入空気分離装置は、前記入口が前
記非透過出口よりも高い位置に配置されている請求項５
に記載の吸入空気分離システム。 - 【請求項７】 前記吸入空気分離装置は前記吸入空気用
の入口を有し、前記吸入空気分離装置は、前記入口が前
記非透過出口よりも高い位置に配置されている請求項１
に記載の吸入空気分離システム。 - 【請求項８】 前記吸入空気入口と前記吸入空気分離装
置との間で流体連通しているコンプレッサを含む請求項
１に記載の吸入空気分離システム。 - 【請求項９】 吸入空気を吸気マニフォルドおよび１つ
以上の燃焼室とに提供するように適合された吸入空気シ
ステムを有する内燃機関の吸入空気流れを分離する方法
であって、 透過障壁層を含む吸入空気分離装置を備えるステップ
と、 吸入空気を吸入空気分離装置に導くステップと、 空気分離装置内の、前記透過障壁層において、吸入空気
を酸素富化空気流と窒素富化空気流とに分離するステッ
プと、 吸入空気分離装置内に液滴が透過障壁層に達するのを制
限する凝集層を備えるステップと、 窒素富化空気流と共に空気分離装置から液滴を通過させ
るステップとを備える方法。 - 【請求項１０】 吸入空気を透過障壁層に曝す前に吸入
空気を凝集層に曝すことを含む請求項９に記載の方法。 - 【請求項１１】 進入ガス流を第１のガス成分流と第２
のガス成分流とに分離するガス分離装置であって、 シェルと、 進入ガス流を前記シェル内に受け入れる前記シェルの入
口と、 前記シェルからの第１のガス成分流用透過出口と、 シェルからの第２のガス成分流用非透過出口と、 前記シェル内に配置された複数のファイバであって、各
前記ファイバは前記進入ガス流の一部を受け入れるよう
に適合され、 進入ガス流の一部を第１のガス成分流と第２のガス成分
流とに分離するように適合された透過障壁層と、 前記透過障壁層への液滴の通過を制限する凝集層とを含
む、複数のファイバと、を備えるガス分離装置。 - 【請求項１２】 各前記ファイバは中空チューブを有
し、前記透過障壁層が前記中空チューブの外表面に配置
され、前記凝集層が前記中空チューブの内表面に配置さ
れている請求項１１に記載のガス分離装置。 - 【請求項１３】 各前記中空チューブは、進入空気流を
前記チューブ内に流入させるように導くべく、前記入口
における注封材料床内に配置されている請求項１２に記
載のガス分離装置。 - 【請求項１４】 内燃機関であって、 複数の燃焼室を含む燃焼セクションと、 排気導管を含む排気システムと、 吸気マニフォルドと、 前記複数の燃焼室内に燃焼工程の窒素富化空気流を提供
するように適合された吸入空気分離システムであって、 前記機関の前記燃焼工程で使用される吸入空気を提供す
るように適合された吸入空気入力と、 前記吸入空気入力と流体連通し、前記吸入空気を受け
て、前記吸入空気を酸素富化空気流と窒素富化流とに分
離するように適合された吸入空気分離装置であって、一
体凝集フィルタを含む吸入空気分離装置と、 前記吸入空気分離装置に流体連通し、前記酸素富化空気
流を受けるように適合された透過出口と、 前記吸入空気分離装置および前記吸気マニフォルドに流
体連通し、前記燃焼工程で使用するために前記吸気マニ
フォルドに前記窒素富化空気流を提供するように適合さ
れた非透過出口とを含む、吸入空気分離システムと、を
備える内燃機関。 - 【請求項１５】 前記吸入空気分離装置に加圧吸入空気
を提供するコンプレッサと、前記排気導管内を通る排気
ガスによって動力供給されるタービンとを有するターボ
チャージャを含む請求項１４に記載の内燃機関。 - 【請求項１６】 前記吸入空気分離装置は、一体凝集フ
ィルタを有する複数の中空ファイバを含む請求項１５に
記載の内燃機関。 - 【請求項１７】 前記ファイバは、それぞれ、チュー
ブ、透過障壁層、および凝集層を有する請求項１６に記
載の内燃機関。 - 【請求項１８】 前記透過障壁層は前記チューブの外表
面に配置され、前記凝集層は前記チューブの内表面に配
置されている請求項１７に記載の内燃機関。 - 【請求項１９】 前記吸入空気分離装置はシェルを有
し、前記チューブは前記シェル内に配置され、前記チュ
ーブは注封材料内に埋め込まれた両端部を有する請求項
１７に記載の内燃機関。 - 【請求項２０】 前記吸入空気分離装置は前記吸入空気
用の入口を有し、前記吸入空気分離装置は、前記入口が
前記非透過出口よりも高い位置に配置されている請求項
１９に記載の内燃機関。
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