JP2008163809A - Engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動車などの動力源として用いられ排ガスを分離する低公害のエンジンに関する。 The present invention relates to a low pollution engine that is used as a power source of an automobile or the like and separates exhaust gas.
従来、自動車などの動力源として用いられるエンジンは、燃焼室の内部で燃料を爆発させて動力を得るようになっている。 2. Description of the Related Art Conventionally, an engine used as a power source for an automobile or the like obtains power by exploding fuel inside a combustion chamber.
近年、このようなエンジンの燃焼室には、低公害化の観点から、いわゆるEGR(Exhaust Gas Recirculation)装置が接続されている(例えば、特許文献1参照)。このEGR装置は、燃焼室から排出される排気ガスの一部を再び燃焼室に供給することにより、燃焼室への供給ガスの温度を下げ、窒素酸化物(NOx)の発生を抑制するようになっている。
しかしながら、上記特許文献のエンジンでは、燃焼室に供給されるガス中の窒素成分の量を低減することはできないため、依然として窒素酸化物が生じてしまう。 However, in the engine of the above-mentioned patent document, the amount of nitrogen component in the gas supplied to the combustion chamber cannot be reduced, so that nitrogen oxides are still generated.
本発明の課題は、従来と比較して排気ガス中の窒素酸化物の発生を低減することができるエンジンを提供することである。 The subject of this invention is providing the engine which can reduce generation | occurrence | production of the nitrogen oxide in exhaust gas compared with the past.
請求項1記載の発明は、エンジンにおいて、
内部で燃料を燃焼させて動力を得る燃焼室と、
気体を遠心分離して、少なくとも窒素より分子量の大きい重成分気体を前記燃焼室に供給可能な第1遠心分離装置とを備えることを特徴とする。
The invention according to
A combustion chamber that burns fuel inside to obtain power,
A first centrifugal separator capable of centrifuging the gas and supplying at least a heavy component gas having a molecular weight larger than that of nitrogen to the combustion chamber.
請求項1記載の発明によれば、少なくとも窒素より分子量の大きい酸素などの重成分気体が第1遠心分離装置から燃焼室に供給されるので、燃焼室に窒素が供給されるのを防止することができる。従って、燃焼室の内部での窒素酸化物の生成を防止し、排気ガス中の窒素酸化物の発生を低減することができる。 According to the first aspect of the present invention, since at least a heavy component gas such as oxygen having a molecular weight larger than that of nitrogen is supplied from the first centrifugal separator to the combustion chamber, it is possible to prevent nitrogen from being supplied to the combustion chamber. Can do. Therefore, generation of nitrogen oxides in the combustion chamber can be prevented, and generation of nitrogen oxides in the exhaust gas can be reduced.
請求項2記載の発明は、請求項1記載のエンジンにおいて、
前記燃焼室から排出される気体を遠心分離して、少なくとも窒素より分子量の大きい重成分気体(例えば、CO2など)を前記燃焼室に供給する第2遠心分離装置を備えることを特徴とする。
ここで、窒素酸化物は、CO2の多くN2の少ない高温条件下では酸素が反応しても生成されない。
The invention according to
A second centrifuge is provided for centrifuging the gas discharged from the combustion chamber and supplying a heavy component gas (for example, CO 2 or the like) having a molecular weight larger than at least nitrogen to the combustion chamber.
Here, nitrogen oxides are not generated even when oxygen reacts under high temperature conditions with a large amount of CO 2 and a small amount of N 2 .
請求項2記載の発明によれば、燃焼室から排出される気体の一部(CO2)が第2遠心分離装置を介して再び燃焼室に供給される、つまり、いわゆる排気再循環法が用いられるので、燃焼室内部の温度を下げるとともに、N2の少ない状態を作ることができる。
また、第2遠心分離装置は少なくとも窒素より分子量の大きい重成分気体(例えば、CO2など)を燃焼室に多く供給するので、燃焼室からの排気中に窒素が含まれる場合であっても、当該窒素が排気再循環法によって再び燃焼室に供給されるのを防止し、燃焼室の内部での窒素酸化物の生成を防止することができる。
よって、排気ガス中の窒素酸化物の発生をいっそう低減することができる。
According to the second aspect of the present invention, a part of the gas (CO 2 ) discharged from the combustion chamber is supplied again to the combustion chamber via the second centrifugal separator, that is, a so-called exhaust gas recirculation method is used. As a result, the temperature inside the combustion chamber can be lowered and a state of low N 2 can be created.
Further, since the second centrifugal separator supplies a large amount of heavy component gas (for example, CO 2 ) having a molecular weight larger than that of nitrogen to the combustion chamber, even when nitrogen is contained in the exhaust gas from the combustion chamber, The nitrogen can be prevented from being supplied again to the combustion chamber by the exhaust gas recirculation method, and the generation of nitrogen oxides inside the combustion chamber can be prevented.
Therefore, the generation of nitrogen oxides in the exhaust gas can be further reduced.
請求項3記載の発明は、請求項1記載のエンジンにおいて、
気体を圧縮して前記第1遠心分離装置に供給する複数の過給器を、多段に接続された状態で備えることを特徴とする。
The invention according to claim 3 is the engine according to
A plurality of superchargers that compress gas and supply the compressed gas to the first centrifugal separator are provided in a multi-stage connected state.
請求項3記載の発明によれば、気体が圧縮されて第1遠心分離装置に供給されるので、第1遠心分離装置の内圧が高まる結果、当該第1遠心分離装置での遠心分離の効率が高められる。 According to the invention described in claim 3, since the gas is compressed and supplied to the first centrifugal separator, the internal pressure of the first centrifugal separator increases, so that the centrifugal efficiency in the first centrifugal separator is increased. Enhanced.
請求項4記載の発明は、請求項1〜3の何れか一項に記載のエンジンにおいて、
内部に空気を供給するための吸気口及び内部の空気を排出するための2つの排気口が設けられた筒状の装置本体と、
前記吸気口から前記排気口に向かって前記装置本体の内部で気体を圧送させる圧送装置とを備え、
前記装置本体は、
当該装置本体の内部を、前記2つの排気口の一方に連通する内側空間と、他方に連通する外側空間とに仕切るとともに、少なくとも1部においてこれら内側空間及び外側空間を連通させる筒状の仕切部材を有し、
前記仕切部材の表面及び当該装置本体の内面の少なくとも一方には、螺旋状のフィンが設けられ、
当該装置本体内部で圧送される空気を前記フィンによって回転させることにより、気体を前記内側空間と前記外側空間とに遠心分離することを特徴とする。
The invention according to claim 4 is the engine according to any one of
A cylindrical apparatus body provided with an intake port for supplying air to the inside and two exhaust ports for discharging the internal air;
A pumping device that pumps gas inside the apparatus main body from the intake port toward the exhaust port;
The apparatus main body is
A cylindrical partition member that partitions the inside of the apparatus main body into an inner space that communicates with one of the two exhaust ports and an outer space that communicates with the other, and at least one part communicates the inner space and the outer space. Have
At least one of the surface of the partition member and the inner surface of the apparatus main body is provided with a helical fin,
By rotating the air pumped inside the apparatus main body with the fins, the gas is centrifuged into the inner space and the outer space.
請求項4記載の発明によれば、空気を回転させることにより遠心分離を行うことができるため、回転等して磨耗を生ずるような機械的機構によって遠心分離を行う場合と比較して、長期間に亘って遠心分離を行うことができる。 According to the invention described in claim 4, since the centrifugal separation can be performed by rotating the air, the centrifugal separation is performed for a long time as compared with the case where the centrifugal separation is performed by a mechanical mechanism that causes wear by rotation. Centrifugation can be performed over
請求項5記載の発明は、請求項1〜3の何れか一項に記載のエンジンにおいて、
前記第1遠心分離装置は、
回転子内に中空の内部空間を有する永久磁石式同期電動機を備え、
前記回転子は、前記内部空間に空気を供給するための供給口を下端部中央に、前記内部空間内の空気を排出するための排気口を上端部中央及び側周部に有することを特徴とする。
The invention according to
The first centrifuge is
A permanent magnet synchronous motor having a hollow internal space in the rotor;
The rotor has a supply port for supplying air to the internal space at the center of the lower end portion, and an exhaust port for discharging air in the internal space at the center of the upper end portion and the side periphery. To do.
請求項5記載の発明によれば、同期電動機の回転子内の内部空間で遠心分離を行い、軽い空気を上端部中央の排気口、重い気体を側周部の排気口から排出することができるため、供給される空気が低圧であっても、遠心分離を行うことができる。 According to the fifth aspect of the present invention, centrifugal separation is performed in the internal space in the rotor of the synchronous motor, and light air can be discharged from the exhaust port in the center of the upper end and heavy gas can be discharged from the exhaust port in the side periphery. Therefore, even if the supplied air is at a low pressure, the centrifugal separation can be performed.
請求項1記載の発明によれば、燃焼室の内部での窒素酸化物の生成を防止し、排気ガス中の窒素酸化物の発生を低減することができる。 According to the first aspect of the present invention, the generation of nitrogen oxides in the combustion chamber can be prevented, and the generation of nitrogen oxides in the exhaust gas can be reduced.
請求項2記載の発明によれば、請求項1記載の発明と同様の効果を得ることができるのは勿論のこと、第1遠心分離装置での遠心分離が不十分で燃焼室に窒素が供給される場合であっても、燃焼室の内部での窒素酸化物の生成を防止することができる。また、燃焼室からの排気中に窒素が含まれる場合であっても、当該窒素が排気再循環法によって再び燃焼室に供給されるのを防止し、燃焼室の内部での窒素酸化物の生成を防止することができる。よって、排気ガス中の窒素酸化物の発生をいっそう低減することができる。 According to the second aspect of the present invention, it is possible to obtain the same effect as the first aspect of the invention. In addition, the first centrifugal separator is not sufficiently centrifuged and nitrogen is supplied to the combustion chamber. Even in this case, generation of nitrogen oxides inside the combustion chamber can be prevented. Further, even when nitrogen is contained in the exhaust from the combustion chamber, the nitrogen is prevented from being supplied again to the combustion chamber by the exhaust gas recirculation method, and the generation of nitrogen oxides inside the combustion chamber is prevented. Can be prevented. Therefore, the generation of nitrogen oxides in the exhaust gas can be further reduced.
請求項3記載の発明によれば、請求項1記載の発明と同様の効果を得ることができるのは勿論のこと、第1遠心分離装置での遠心分離の効率が高められる。
According to the invention described in claim 3, the same effect as that of the invention described in
請求項4記載の発明によれば、請求項1〜3の何れか一項に記載の発明と同様の効果を得ることができるのは勿論のこと、長期間に亘って遠心分離を行うことができる。
According to the invention described in claim 4, it is possible to obtain the same effect as the invention described in any one of
請求項5記載の発明によれば、請求項1〜3の何れか一項に記載の発明と同様の効果を得ることができるのは勿論のこと、供給される空気が低圧であっても、遠心分離を行うことができる。 According to the fifth aspect of the present invention, the same effect as the first aspect of the present invention can be obtained, and even if the supplied air is low pressure, Centrifugation can be performed.
<第1の実施の形態>
以下、図面を参照しつつ、本発明の第1の実施の形態について説明する。
まず、本発明に係るエンジンの吸気系統について説明する。
<First Embodiment>
The first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
First, an intake system for an engine according to the present invention will be described.
図1は、本発明に係るエンジン1の概略構成を示す模式図である。
この図に示すように、エンジン1は、自動車などの動力源として用いられるものであり、エンジン本体2を備えている。なお、本実施の形態においては、エンジン1をハイブリッド自動車の動力源として説明し、エンジン本体2をディーゼルエンジンとして説明する。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an
As shown in this figure, the
エンジン本体2は、図2に示すように、筒状のシリンダヘッド2aと柱状のピストン2bとの間の内部空間で燃料を燃焼させる燃焼室20を有している。この燃焼室20には、図1に示すように、燃焼用の空気を供給するための吸気口21aと、燃焼後の空気を排出するための排気口21bとが設けられている。
As shown in FIG. 2, the
吸気口21aには、気流方向Xの下流側から上流側に向かって、冷却装置30、スーパーチャージャ4a,4b、第1遠心分離装置5及びスーパーチャージャ4cがこの順で多段に接続されている。
冷却装置30は、エンジン本体2に供給される気体を冷却するものであり、エンジン本体2のオーバーヒートを防ぐようになっている。
The cooling device 30, the
The cooling device 30 cools the gas supplied to the
スーパーチャージャ4a〜4cは、気流方向Xの上流側から供給される気体を圧縮して下流側に供給するものであり、エアコンプレッサ40a〜40cを備えている。これらエアコンプレッサ40a〜40cは、圧縮空気を生成するコンプレッサホイールと、当該コンプレッサホイールを回転させるモータとを有している。なお、スーパーチャージャ4cには、エアクリーナ31等によって粉塵などの除去された空気が供給されるようになっている。
The
第1遠心分離装置5は、供給される気体を、少なくとも窒素より分子量の大きい酸素などの重成分気体と、残りの軽成分気体とに遠心分離するものであり、図3,図4に示すように、軸線Lを中心軸とする略円筒状の装置本体50を備えている。なお、本実施の形態においては、軸線Lが上下方向に延在するように装置本体50は立設されている。
The first
この装置本体50の側周部の上端には、スーパーチャージャ4cから空気が供給される吸気口51aが設けられており、上端部の中央,側周部の下端には、装置本体50の内部から気体を排出する排気口51b,51cが設けられている。なお、吸気口51aに供給される気体と、排気口51b,51cから排出される気体との間には、スーパーチャージャ4cや、図示しない加圧装置、減圧装置などによって気圧差が付けられており、吸気口51aから排気口51bに向かって気体を圧送させるようになっている。
An
また、装置本体50の内部には、仕切部材52a〜52cによって遠心分離室53、重成分室54及び軽成分室55が形成されている。なお、仕切部材52a〜52cは、例えば支持部材52d等によってそれぞれ支持されている。また、遠心分離室53、重成分室54及び軽成分室55はそれぞれ軸線Lに対して略線対称となっている。
Further, a
遠心分離室53は、側周部において吸気口51aと連通しており、上下方向において軽成分室55及び重成分室54の間に介在している。この遠心分離室53の内壁面、本実施の形態においては仕切部材52a,52bの遠心分離室53側の面や、装置本体50の内周面には、軸線Lを中心軸とする螺旋状のフィンFが設けられている。これにより、吸気口51aから遠心分離室53に供給される気体は軸線Lを中心として回転する結果、遠心分離されるようになっている。
The
重成分室54は、本発明における外側空間であり、側周部の上端部で遠心分離室53と連通するとともに、側周部の下端部で排気口51cと連通している。これにより、重成分室54は、遠心分離室53から重成分気体の供給を受けて排気口51cに排出するようになっている。この排気口51cから排出される重成分気体は、図1に示すように、スーパーチャージャ4bに供給されるようになっている。
The
軽成分室55は、本発明における内側空間であり、図3,図4に示すように、内周部の下端部で遠心分離室53と連通するとともに、内周部の上端部で排気口51bと連通している。これにより、軽成分室55は、遠心分離室53から軽成分気体の供給を受けて排気口51bに排出するようになっている。なお、本実施の形態においては、軽成分室55の内部に重成分気体が混入した場合には、当該重成分気体が仕切部材52b,52cを介して遠心分離室53に再度戻されるようになっている。また、排気口51bから排出される軽成分気体は、図1に示すように、大気中に放出されるようになっている。
The
なお、以上の第1遠心分離装置5における重成分気体としては、例えば、図5に示すように、酸素や一酸化窒素、アルゴンなどがあり、軽成分気体としては窒素や一酸化炭素、各種の炭化水素などがある。また、本実施の形態においては、第1遠心分離装置5は合金鋼やカーボン等によって形成されている。また、第1遠心分離装置5の吸気口51aと排気口51cとの間では前記加圧装置または減圧装置によって2Paの気圧差がつけられており、装置本体50内の気体の流速は約マッハ1となっている。更に、装置本体50の直径は約0.1mとなっており、これにより装置本体50の内部での遠心力が246000G、回転数が66000回転/分となっている。但し、装置本体50の直径を約0.2mとすることにより、遠心力を123000G、回転数を33000回転/分としても良い。このような第1遠心分離装置5としては、従来より公知の気体遠心分離装置を直列または並列に多段に組合せてカスケード状にしたものを用いることができる。
As the heavy component gas in the first
続いて、エンジン1の排気系統について説明する。
図1に示すように、エンジン本体2の排気口21bには、気流方向Xの上流側から下流側に向かって、タービン45a〜45c、第2遠心分離装置6がこの順に接続されている。
Next, the exhaust system of the
As shown in FIG. 1,
タービン45a〜45cは、対応するエアコンプレッサ40a〜40cと協働することによってターボチャージャとして機能するものである。より詳細には、これらタービン45a〜45cは、エンジン本体2の排気ガスによって回転するタービンホイールを有しており、タービンホイールで生じる回転力をエアコンプレッサ40a〜40cの前記コンプレッサホイールに伝達するようになっている。
The
第2遠心分離装置6は、タービン45cから排気される排気ガスを、少なくとも窒素より分子量の大きい重成分気体と、その他の軽成分気体とに遠心分離するものである。なお、このような第2遠心分離装置5としては、上記第1遠心分離装置5と同様のものを用いることができる。また、この第2遠心分離装置6における重成分気体としては、例えば図5に示すように、窒素酸化物(NOx)や二酸化炭素などがあり、軽成分気体としては窒素や炭化水素などがある。但し、これらの重成分気体や軽成分気体には、パーティクルマター(PM)や、スス(HCNO)、潤滑油分(SOF)、硫黄酸化物(SOx)、メタルサルフェート(金属粉)等が含まれている。また、この第2遠心分離装置6に供給される気体の成分はエンジン1の動作時間などによって変動するため、この変動に伴って重成分気体や残りの気体の内容も変化することとなる。
The second
この第2遠心分離装置6から排出される軽成分気体は、マフラー(サイレンサー)61から大気中に放出されるようになっている。これら第2遠心分離装置6とマフラー61との間には、DPF(diesel particlate filter)装置62が介在しており、排気ガスからメタルサルフェートやSOx、SPMなどの微粒子を除去するようになっている。
The light component gas discharged from the second
また、第2遠心分離装置6から排出される重成分気体は、冷却装置63及びタービン45dを介してエアコンプレッサ40aに供給されるようになっている。つまり、第2遠心分離装置6は、EGR装置として機能するようになっている。
In addition, the heavy component gas discharged from the second
ここで、冷却装置63は、エンジン本体2に供給される気体を冷却するものであり、エンジン本体2のオーバーヒートを防ぐようになっている。この冷却装置63と第2遠心分離装置6との間には、図示しないフィルターが介在しており、重成分気体からメタルサルフェートやSOx、SPMなどの微粒子を除去するようになっている。また、タービン45dは、タービン45bと同様に、エアコンプレッサ40bと協働することでターボチャージャ(過給機)として機能するものである。
Here, the
続いて、エンジン1の燃料系統及び駆動系統について説明する。
エンジン本体2の燃焼室20には、燃料ポンプ22、コモンレール(高圧共通配管)23及びインジェクタ24を介して燃料タンク25から燃料が供給されるようになっている。また、インジェクタ24は、電子制御ユニット26によって制御されるようになっている。
Next, the fuel system and drive system of the
Fuel is supplied from a
また、エンジン本体2で生じた駆動力は、減速装置10、電力発電機11、差動装置/減速装置12を介して車輪13に伝達されるようになっている。また、電動発電機11に伝達された駆動力の一部はインバータ/コンバータ15を介して電力に変換され、蓄電器16に充電されるようになっている。
The driving force generated in the
続いて、エンジン1の動作について説明する。
まず、エンジン1の吸気系統において、エアコンプレッサ40cの前記モータが駆動すると、コンプレッサホイールが回転して第1遠心分離装置5に圧縮空気を供給する。
Subsequently, the operation of the
First, in the intake system of the
次に、第1遠心分離装置5は、供給された新鮮な気体を遠心分離し窒素等を除いた重成分気体を、エアコンプレッサ40b,40a及び冷却装置3を介してエンジン本体2の吸気口21aに供給する。このように、エアコンプレッサ40cによって第1遠心分離装置5に圧縮空気を供給するので、第1遠心分離装置5の内圧が高まる結果、当該第1遠心分離装置5での遠心分離の効率が高められる。また、窒素より分子量の大きい気体のみをエンジン本体2に供給することにより、エンジン本体2への窒素の供給が防止される。
Next, the first
次に、エンジン1の燃焼系統や駆動系統等において、エンジン本体2が内部で気体を燃料とともに燃焼させ、得られた駆動力を車輪13等に出力するとともに、排気ガスを排気口21bから排出する。これにより、タービン45a〜45cのタービンホイールが回転してエアコンプレッサ40a〜40cのコンプレッサホイールを回転させる結果、第1遠心分離装置5やエンジン本体2に供給される気体が更に圧縮される。
Next, in the combustion system and drive system of the
そして、エンジン1の排気系統等において、第2遠心分離装置6がエンジン本体2の排気ガスを遠心分離し、二酸化炭素や窒素酸化物(NOx)等の重成分気体の一部を、第1遠心分離装置5から排出される酸素などの重成分気体と混合させ、冷却装置63、タービン45d、エアコンプレッサ40a及び冷却装置3を介してエンジン本体2の吸気口21aに戻す。また、第2遠心分離装置6は、窒素などの軽成分気体を、DPF装置62及びマフラー61を介して大気中に放出する。このように、第2遠心分離装置6を介して排気ガスのCO2を再びエンジン本体2に供給することにより、エンジン本体2内部の温度が下がり、窒素酸化物が生成され難くなる。また、エンジン本体2からの排気ガス中に窒素が含まれる場合であっても、窒素より分子量の大きい重成分気体をエンジン本体2に供給することにより、この窒素が再びエンジン本体2に供給されるのが防止される。
Then, in the exhaust system of the
以上のエンジン1によれば、エンジン本体2に窒素が供給されるのを第1遠心分離装置5によって防止することができるため、エンジン本体2の燃焼室20内部での窒素酸化物の生成を大幅に防止することができる。
According to the
また、第1遠心分離装置5での遠心分離が不十分でエンジン本体2に窒素が供給される場合など、エンジン本体2からの排気ガス中に窒素が含まれる場合であっても、当該窒素が再びエンジン本体2の燃焼室20に供給されるのを第2遠心分離装置6によって防止することができるため、燃焼室20の内部での窒素酸化物の生成をより大幅に防止することができる。
Further, even when the first
また、第2遠心分離装置6をEGR装置として用いることによって窒素酸化物を生成され難くすることができるため、第1遠心分離装置5での遠心分離が不十分でエンジン本体2に窒素が供給される場合であっても、エンジン本体2の内部で窒素酸化物が生成されるのをより大幅に防止することができる。
よって、排気ガス中の窒素酸化物の発生を低減することができる。
Moreover, since it is possible to make it difficult for nitrogen oxides to be generated by using the second
Accordingly, generation of nitrogen oxides in the exhaust gas can be reduced.
また、例えばSPM(suspended particulate matter:浮遊粒子状物質)除去フィルターの後段の触媒フィルターによって窒素酸化物を除去する場合と比較して、窒素酸化物による当該SPM除去フィルターの目詰まりを防止することができるため、メンテナンスの手間を省くことができる。 In addition, for example, the clogging of the SPM removal filter due to nitrogen oxides can be prevented as compared with the case where nitrogen oxides are removed by a catalytic filter subsequent to a suspended particulate matter (SPM) removal filter. Therefore, maintenance work can be saved.
また、第1遠心分離装置5及び第2遠心分離装置6は空気を回転させることにより遠心分離を行うことができるため、回転等して磨耗を生ずるような機械的機構によって遠心分離を行う場合と比較して、長期間に亘って遠心分離を行うことができる。
In addition, since the first
<第2の実施の形態>
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。なお、上記第1の実施の形態と同様の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
<Second Embodiment>
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to the said 1st Embodiment, and the description is abbreviate | omitted.
図1に示すように、本実施の形態におけるエンジン1Aは、第1遠心分離装置5,第2遠心分離装置6の代わりに第1遠心分離装置7A,第2遠心分離装置7Bを備えている。
これら第1遠心分離装置7A,第2遠心分離装置7Bは、図6に示すように、軸線Lを中心軸とする略円筒状の装置本体70を備えている。なお、本実施の形態においては、装置本体70は永久磁石同期電動機であり、軸線Lが上下方向に延在するように立設されている。
As shown in FIG. 1, the
The
この装置本体70の下端部の中央には、スーパーチャージャ4cから圧縮空気が供給される吸気口71aが設けられており、上端部の中央,側周部の下端には、装置本体70の内部から気体を排出する排気口71b,71cが設けられている。
In the center of the lower end portion of the apparatus
また、装置本体70の内部の下端部にはスラスト軸受け72が、上端部にはラジアル軸受け74が、それぞれ軸線Lを中心としてリング状に設けられている。
In addition, a
これらスラスト軸受け72及びラジアル軸受け74には、本発明における回転子としてのフライホイール回転体76が軸支されている。このフライホイール回転体76は、軸線Lを中心とする略筒状に形成されており、内部に中空の内部空間を有している。
The
筒状のフライホイール回転体76の下端部には、永久磁石79が設けられている。この永久磁石79は、装置本体70の下端部に設けられたコイル73と協働することによってフライホイール回転体76を回転させるものである。
A
また、フライホイール回転体76の下端部の中央には、吸気口77aが設けられており、この吸気口77aは装置本体70の吸気口71aと連通している。また、フライホイール回転体76の上端部の中央には、排気口77bが設けられており、この排気口71bは装置本体70の排気口71bと連通している。更に、フライホイール回転体76の側周部の上端には、排気口77cが設けられており、この排気口77cはフライホイール回転体76と装置本体70との間隙を介して装置本体70の排気口71cと連通している。
An
これら吸気口77a及び排気口77bの間には、筒状のフライホイール回転体76と一体的に回転する軸状の回転部材78が介在しており、吸気口77aからフライホイール回転体76の内部に供給される気体を側周部に案内するようになっている。なお、この回転部材78は、図示しない支持部材によってフライホイール回転体76の上下端部に固定されている。
Between the
なお、以上のフライホイール回転体76は、装置本体70の上端部に設けられた永久磁石79によって上方に引きつけられている。そのため、スラスト軸受け72等に対するフライホイール回転体76の荷重が軽減されている。
The
このような第1遠心分離装置7A,第2遠心分離装置7Bにおいては、吸気口71aから気体が供給された状態で筒状のフライホイール回転体76が回転することにより、装置本体70の内部の気体がフライホイール回転体76につられて回転する結果、遠心分離されるようになっている。そして、吸気口71aに供給される気体のうち、軽成分気体は排気口71bから排出され、重成分気体は排気口71cから排出される。
以上のエンジン1Aによっても、上記第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、同期電動機の回転子としてのフライホイール回転体76の内部空間で遠心分離を行うことができるため、供給される空気が低圧であっても、遠心分離を行うことができる。
In the
Also with the
なお、上記第1及び第2の実施の形態によれば、エンジン1の動作時には第1遠心分離装置5,7Aが駆動してエンジン本体2への窒素の供給を防止することとして説明したが、エンジン1の動作開始時などには第1遠心分離装置5,7Aが駆動しないこととしても良い。この場合には、燃焼室20の内部で酸素濃度が高くなり過ぎて燃焼温度が過剰に上昇するのを防止することができる。
According to the first and second embodiments, the first
また、エンジン1はEGR装置としての第2遠心分離装置6,7Bを備えることとして説明したが、備えないこととしても良い。この場合には、燃焼室20の内部での燃焼温度を上げることができるため、硫黄酸化物などのSPMの発生を防止することができる。
Further, although the
また、エンジン本体2の吸気口21aと第1遠心分離装置5,7Aとの間には、エンジン本体2に供給される気体から窒素を除去する窒素除去フィルターとして、例えばゼオライトを用いた触媒フィルター等が配設されることとしても良い。この場合には、排気ガス中の窒素酸化物の発生をいっそう低減することができる。
Further, between the
また、エンジン1は3つのスーパーチャージャ4a〜4cを備えることとして説明したが、1つのみ備えることとしても良い。また、スーパーチャージャ4a〜4cは直列に接続されることとして説明したが、並列に接続されることとしても良い。
また、エンジン本体2をディーゼルエンジンとして説明したが、ガソリンエンジンなど他の種類のエンジンとしても良い。
In addition, the
Moreover, although the engine
1 エンジン
4a〜4c スーパーチャージャ(過給機)
5 第1遠心分離装置
6 第2遠心分離装置
20 燃焼室
50 装置本体
51a 吸気口
51b 他方の排気口
51c 一方の排気口
52a〜52c 仕切り部材
54 重成分室(外側空間)
55 軽成分室(内側空間)
70 装置本体(永久磁石式同期電動機)
71a 吸気口
71b,71c 排気口
F フィン
1
5
55 Light component room (inside space)
70 Device body (permanent magnet synchronous motor)
Claims (5)
気体を遠心分離して、少なくとも窒素より分子量の大きい重成分気体を前記燃焼室に供給可能な第1遠心分離装置とを備えることを特徴とするエンジン。 A combustion chamber that burns fuel inside to obtain power,
An engine comprising: a first centrifuge capable of centrifuging gas and supplying at least a heavy component gas having a molecular weight larger than nitrogen to the combustion chamber.
前記燃焼室から排出される気体を遠心分離して、少なくとも窒素より分子量の大きい重成分気体を前記燃焼室に供給する第2遠心分離装置を備えることを特徴とするエンジン。 The engine according to claim 1.
An engine comprising: a second centrifuge for centrifuging gas discharged from the combustion chamber to supply a heavy component gas having a molecular weight larger than at least nitrogen to the combustion chamber.
気体を圧縮して前記第1遠心分離装置に供給する複数の過給器を、多段に接続された状態で備えることを特徴とするエンジン。 The engine according to claim 1.
An engine comprising a plurality of superchargers that compress gas and supply the compressed gas to the first centrifugal separator in a multi-stage connected state.
前記第1遠心分離装置は、
内部に空気を供給するための吸気口及び内部の空気を排出するための2つの排気口が設けられた筒状の装置本体と、
前記吸気口から前記排気口に向かって前記装置本体の内部で気体を圧送させる圧送装置とを備え、
前記装置本体は、
当該装置本体の内部を、前記2つの排気口の一方に連通する内側空間と、他方に連通する外側空間とに仕切るとともに、少なくとも1部においてこれら内側空間及び外側空間を連通させる筒状の仕切部材を有し、
前記仕切部材の表面及び当該装置本体の内面の少なくとも一方には、螺旋状のフィンが設けられ、
当該装置本体内部で圧送される空気を前記フィンによって回転させることにより、気体を前記内側空間と前記外側空間とに遠心分離することを特徴とするエンジン。 The engine according to any one of claims 1 to 3,
The first centrifuge is
A cylindrical apparatus body provided with an intake port for supplying air to the inside and two exhaust ports for discharging the internal air;
A pumping device that pumps gas inside the apparatus main body from the intake port toward the exhaust port;
The apparatus main body is
A cylindrical partition member that partitions the inside of the apparatus main body into an inner space that communicates with one of the two exhaust ports and an outer space that communicates with the other, and at least one part communicates the inner space and the outer space. Have
At least one of the surface of the partition member and the inner surface of the apparatus main body is provided with a helical fin,
An engine characterized by centrifuging gas into the inner space and the outer space by rotating air fed inside the apparatus main body by the fins.
前記第1遠心分離装置は、
回転子内に中空の内部空間を有する永久磁石式同期電動機を備え、
前記回転子は、前記内部空間に空気を供給するための供給口を下端部中央に、前記内部空間内の空気を排出するための排気口を上端部中央及び側周部に有することを特徴とするエンジン。 The engine according to any one of claims 1 to 3,
The first centrifuge is
A permanent magnet synchronous motor having a hollow internal space in the rotor;
The rotor has a supply port for supplying air to the internal space at the center of the lower end portion, and an exhaust port for discharging air in the internal space at the center of the upper end portion and the side periphery. To engine.
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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