JP2535381B2 - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents
内燃機関の吸気装置Info
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- JP2535381B2 JP2535381B2 JP63124839A JP12483988A JP2535381B2 JP 2535381 B2 JP2535381 B2 JP 2535381B2 JP 63124839 A JP63124839 A JP 63124839A JP 12483988 A JP12483988 A JP 12483988A JP 2535381 B2 JP2535381 B2 JP 2535381B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は内燃機関の吸気装置に関し、詳しくは内燃機
関から排出される排気ガス中の有害成分を減少させる装
置構成を改良した吸気装置に関する。
関から排出される排気ガス中の有害成分を減少させる装
置構成を改良した吸気装置に関する。
［従来の技術］ 内燃機関特に自動車用途のエンジンは、一般に広く普
及するにつれて、その排ガスの中に含まれる有害成分の
ために環境汚染が問題視され、これまでに有害成分の低
減のため種々の対策がとられてきた。
及するにつれて、その排ガスの中に含まれる有害成分の
ために環境汚染が問題視され、これまでに有害成分の低
減のため種々の対策がとられてきた。
これまで一般的に用いられている有害成分の低減対策
として、エンジンの排ガスの一部はリサイクルして大気
と共にエンジンへ供給し、残りの排ガスは触媒と接触処
理することで有害成分を低減させて、大気中に放出する
方法がある。最近ではエンジンの吸気系に酸素富化装置
を取り付けてエンジンの燃焼効率を高めることで排ガス
中の有害成分を低減させる方法が提案されている。
として、エンジンの排ガスの一部はリサイクルして大気
と共にエンジンへ供給し、残りの排ガスは触媒と接触処
理することで有害成分を低減させて、大気中に放出する
方法がある。最近ではエンジンの吸気系に酸素富化装置
を取り付けてエンジンの燃焼効率を高めることで排ガス
中の有害成分を低減させる方法が提案されている。
［発明が解決しようとする問題点］ エンジンの排気ガスの一部をリサイクルする上記方法
では、排気ガス中の有害成分を触媒で酸化還元する際に
酸素の存在が悪影響するために排気ガスの一部をリサイ
クルし酸素濃度を下げる必要があるが、排気ガスをエン
ジンにリサイクルすること自身は、エンジンの熱効率を
下げたりまた排気ガス中の固体成分がエンジンのピスト
ンを摩耗損傷させてエンジンの寿命を短くする等の欠点
が有り良い方法とは言えない。
では、排気ガス中の有害成分を触媒で酸化還元する際に
酸素の存在が悪影響するために排気ガスの一部をリサイ
クルし酸素濃度を下げる必要があるが、排気ガスをエン
ジンにリサイクルすること自身は、エンジンの熱効率を
下げたりまた排気ガス中の固体成分がエンジンのピスト
ンを摩耗損傷させてエンジンの寿命を短くする等の欠点
が有り良い方法とは言えない。
また酸素富化空気をエンジンに吸気する方法は、排気
ガス中の煤煙や炭化水素等の有害成分は著しく低減され
るが、窒素酸化物はかえって増加する問題があった。
ガス中の煤煙や炭化水素等の有害成分は著しく低減され
るが、窒素酸化物はかえって増加する問題があった。
エンジンの排気ガスの循環を行わずにエンジンの燃焼
室の酸素濃度を下げる方法とし、酸素濃度の低い即ち窒
素濃度の高いガスを吸気させてエンジン特性を検討した
結果、スモーク、炭化水素および窒素酸化物等のいずれ
の有害成分も、排気ガスの一部リサイクルと触媒の併用
法より少ないことが明らかとなった。
室の酸素濃度を下げる方法とし、酸素濃度の低い即ち窒
素濃度の高いガスを吸気させてエンジン特性を検討した
結果、スモーク、炭化水素および窒素酸化物等のいずれ
の有害成分も、排気ガスの一部リサイクルと触媒の併用
法より少ないことが明らかとなった。
本発明の目的は、エンジンの熱効率を下げないで軸出
力を高め、かつ低公害でエンジンの摩耗損傷の極めて少
ないことを特徴とするエンジンの吸気装置を提供するこ
とである。
力を高め、かつ低公害でエンジンの摩耗損傷の極めて少
ないことを特徴とするエンジンの吸気装置を提供するこ
とである。
［問題点を解決するための手段］ 本発明は、エンジンの吸気系に装着した膜型窒素富化
装置を装着し、当該膜型窒素富化装置に給気する大気を
常圧以上の圧力に昇圧する装置および該膜装置より得ら
れる窒素富化空気を内燃機関の吸入口に常圧以上の圧力
で実質的に直接導入する導管とで構成されていることを
特徴としている。
装置を装着し、当該膜型窒素富化装置に給気する大気を
常圧以上の圧力に昇圧する装置および該膜装置より得ら
れる窒素富化空気を内燃機関の吸入口に常圧以上の圧力
で実質的に直接導入する導管とで構成されていることを
特徴としている。
［作用］ このような構成にすることで、燃焼室に吸気されるガ
ス中の窒素濃度が高められると共に、吸気圧力も高くな
ることにより、機関の熱効率を高くし、排気ガス中の有
害成分が少なくするようにしている。
ス中の窒素濃度が高められると共に、吸気圧力も高くな
ることにより、機関の熱効率を高くし、排気ガス中の有
害成分が少なくするようにしている。
［実施例］ 以下、本発明を実施例によって説明する。
第１図は本発明を火花点火機関に応用した場合の基本
的構成の一例を示したもので、詳細には以下に説明す
る。第１図において１はエアークリーナー、２は空気を
昇圧する装置への導管、３は空気を昇圧する装置、４は
昇圧装置の駆動装置、５は昇圧空気を窒素富化装置へ供
給する導管、６は膜型窒素富化装置、７は窒素富化空気
をエンジンへ供給するための導管、８は膜型窒素富化装
置より排出される酸素濃度の高いガスの導管、９は排出
装置、10はエンジン本体、14は燃焼排気ガスの導管、15
は排気ガスを大気に放出するための導管である。
的構成の一例を示したもので、詳細には以下に説明す
る。第１図において１はエアークリーナー、２は空気を
昇圧する装置への導管、３は空気を昇圧する装置、４は
昇圧装置の駆動装置、５は昇圧空気を窒素富化装置へ供
給する導管、６は膜型窒素富化装置、７は窒素富化空気
をエンジンへ供給するための導管、８は膜型窒素富化装
置より排出される酸素濃度の高いガスの導管、９は排出
装置、10はエンジン本体、14は燃焼排気ガスの導管、15
は排気ガスを大気に放出するための導管である。
膜型窒素富化装置に供給する空気は、エアークリーナ
ー１で清浄化され、昇圧装置３で大気圧より高い圧力に
昇圧される。該空気昇圧装置３は、第１図に例示した如
きエンジンの排気エネルギーを利用した排気タービンで
駆動するターボブロワー、或は機械式または電気式のブ
ロワー等如何なる装置形式であってもよいが、排気ター
ボブロワーが有利に用いられる。
ー１で清浄化され、昇圧装置３で大気圧より高い圧力に
昇圧される。該空気昇圧装置３は、第１図に例示した如
きエンジンの排気エネルギーを利用した排気タービンで
駆動するターボブロワー、或は機械式または電気式のブ
ロワー等如何なる装置形式であってもよいが、排気ター
ボブロワーが有利に用いられる。
本発明における膜型窒素富化装置６は、膜型酸素富化
装置と同じ原理で、膜によって空気を酸素濃度の高いガ
スと窒素濃度の高いガスとに分離する装置である。第２
図に中空糸の形式の膜型空気分離の概念を示した。第２
図において、21は厚さの極めて薄い分離膜、22は分離膜
を支持するための多孔質支持膜を示す。
装置と同じ原理で、膜によって空気を酸素濃度の高いガ
スと窒素濃度の高いガスとに分離する装置である。第２
図に中空糸の形式の膜型空気分離の概念を示した。第２
図において、21は厚さの極めて薄い分離膜、22は分離膜
を支持するための多孔質支持膜を示す。
分離膜の材料としては、例えばポリジメチルシロキサ
ンやポリメチルフェニルシロキサンなどのポリシロキサ
ン類、ポリメチルペンテン，ポリブタジエン，ポリトリ
メチルビニルシラン，ポリトリメチルアリルシランなど
のポリオレフィン類及び／又はポリｔ−ブチルアセチレ
ンなどのポリアセチレン類、ポリ2,6−ジメチルフェニ
レンエーテルなどのポリフェニレンエーテル類、ポリジ
エチルフォスファゼンなどのポリフォスファゼン類、ポ
リジメチルシロキサン単位含有ポリ尿素類、ポリジメチ
ルシロキサン単位含有ポリカーボネート類等をあげるこ
とができる。
ンやポリメチルフェニルシロキサンなどのポリシロキサ
ン類、ポリメチルペンテン，ポリブタジエン，ポリトリ
メチルビニルシラン，ポリトリメチルアリルシランなど
のポリオレフィン類及び／又はポリｔ−ブチルアセチレ
ンなどのポリアセチレン類、ポリ2,6−ジメチルフェニ
レンエーテルなどのポリフェニレンエーテル類、ポリジ
エチルフォスファゼンなどのポリフォスファゼン類、ポ
リジメチルシロキサン単位含有ポリ尿素類、ポリジメチ
ルシロキサン単位含有ポリカーボネート類等をあげるこ
とができる。
第２図において、原料の空気を、例えば中空糸膜の中
空部分の一方から昇圧して流すと、通常の高分子分離膜
では分離膜を透過したガスは酸素濃度が高く、残りのガ
スは中空糸の他端から窒素濃度が高いガスとして得られ
る。膜形状は高い圧力に耐える必要があり、本発明は膜
の形状が中空糸状であることが特徴である。この中空糸
条の膜は、前記膜材料を中空糸条に紡糸成形して得るこ
とができる。また他の中空糸の形態として、多孔質の中
空糸の表面に膜材料を薄膜化成形した複合膜構造の中空
糸状膜を用いることもできる。これら中空糸状膜の外径
は0.1mm乃至2mm、肉厚は供給空気圧力に耐え得る肉厚で
あれば任意に選定することができるが、外径が小さけれ
ば肉厚は薄くできるし、また窒素富化装置の単位体積当
りの充填膜面積が大きくできるから、得られる窒素富化
空気の量が多くなり得策である。
空部分の一方から昇圧して流すと、通常の高分子分離膜
では分離膜を透過したガスは酸素濃度が高く、残りのガ
スは中空糸の他端から窒素濃度が高いガスとして得られ
る。膜形状は高い圧力に耐える必要があり、本発明は膜
の形状が中空糸状であることが特徴である。この中空糸
条の膜は、前記膜材料を中空糸条に紡糸成形して得るこ
とができる。また他の中空糸の形態として、多孔質の中
空糸の表面に膜材料を薄膜化成形した複合膜構造の中空
糸状膜を用いることもできる。これら中空糸状膜の外径
は0.1mm乃至2mm、肉厚は供給空気圧力に耐え得る肉厚で
あれば任意に選定することができるが、外径が小さけれ
ば肉厚は薄くできるし、また窒素富化装置の単位体積当
りの充填膜面積が大きくできるから、得られる窒素富化
空気の量が多くなり得策である。
第１図における膜型窒素富化装置では、窒素濃度や窒
素富化空気流量を精密に調節する目的で酸素富化空気側
に排出ポンプ９を設けているが、窒素富化装置の供給圧
力を調節する方式等では排出ポンプ９を省略することも
できる。
素富化空気流量を精密に調節する目的で酸素富化空気側
に排出ポンプ９を設けているが、窒素富化装置の供給圧
力を調節する方式等では排出ポンプ９を省略することも
できる。
高分子膜を用いた窒素富化装置では、供給空気圧力が
高ければ高い程、窒素富化空気の窒素濃度及び流量を高
く運転することが可能であり、その結果、窒素富化装置
が小型ですむ利点があるが、原料空気の昇圧エネルギー
が多く必要となり、必ずしも得策ではない。通常の運転
条件は0.5kg/cm2G以上15kg/cm2G以下、好ましくは0.8乃
至10kg/cm2Gである。また膜型窒素富化装置に供給する
原料空気の温度を高くすると、窒素富化空気の窒素濃度
は低下するが、流量は著しく増加させる運転ができ、そ
の結果、装置の小型化が可能となる。前記の如く窒素富
化装置の供給される原料空気は、一般に断熱的に昇圧さ
れるので大気の吸い込み温度より上昇するので、窒素富
化装置の運転上好ましいが、膜の耐熱性から制限され
る。窒素富化装置の運転温度は常温以上150℃以下、好
ましくは50℃以上130℃以下で運転される。窒素富化装
置への空気供給温度が適当でない場合は、導管５の適当
な位置に熱交換器を装着し、加熱または冷却することで
温度を調節することも可能である。
高ければ高い程、窒素富化空気の窒素濃度及び流量を高
く運転することが可能であり、その結果、窒素富化装置
が小型ですむ利点があるが、原料空気の昇圧エネルギー
が多く必要となり、必ずしも得策ではない。通常の運転
条件は0.5kg/cm2G以上15kg/cm2G以下、好ましくは0.8乃
至10kg/cm2Gである。また膜型窒素富化装置に供給する
原料空気の温度を高くすると、窒素富化空気の窒素濃度
は低下するが、流量は著しく増加させる運転ができ、そ
の結果、装置の小型化が可能となる。前記の如く窒素富
化装置の供給される原料空気は、一般に断熱的に昇圧さ
れるので大気の吸い込み温度より上昇するので、窒素富
化装置の運転上好ましいが、膜の耐熱性から制限され
る。窒素富化装置の運転温度は常温以上150℃以下、好
ましくは50℃以上130℃以下で運転される。窒素富化装
置への空気供給温度が適当でない場合は、導管５の適当
な位置に熱交換器を装着し、加熱または冷却することで
温度を調節することも可能である。
第２図の中空糸型分離膜の構成から判る如く、中空糸
膜から得られる窒素富化空気は、窒素富化装置へ供給さ
れる原料空気とほぼ同じ圧力で導出される。該窒素富化
空気は、内燃機関10の吸気口と連通されている導管７に
よって内燃機関に吸入される。内燃機関に吸入される圧
力は、窒素富化装置の導出圧力と実質上同じ圧力である
が、火花点火機関などでは導管７の中途に装着される流
量調節弁で窒素富化装置の導出圧力より減じられる場合
もある。
膜から得られる窒素富化空気は、窒素富化装置へ供給さ
れる原料空気とほぼ同じ圧力で導出される。該窒素富化
空気は、内燃機関10の吸気口と連通されている導管７に
よって内燃機関に吸入される。内燃機関に吸入される圧
力は、窒素富化装置の導出圧力と実質上同じ圧力である
が、火花点火機関などでは導管７の中途に装着される流
量調節弁で窒素富化装置の導出圧力より減じられる場合
もある。
［発明の効果］ 本発明の装置によれば、内燃機関に吸入されるガスの
酸素の濃度が大気より小さいにもかかわらず、吸入圧力
を上げることで、燃焼に必要な酸素の量が充分に確保さ
れるため、大きなエンジン出力を得ることができる。本
発明の大きな特徴は、第１に、本発明の内燃機関と、従
来の常圧の大気、酸素濃度の高いガスまたは大気を過給
したガスを吸入する内燃機関とを比較すると、本発明の
内燃機関の方が、エンジンから排気される燃焼排ガス中
の窒素酸化物等の濃度が極めて低いことである。エンジ
ンからの排気ガスがクリーンになることで、従来の火花
点火機関に装着されている酸化還元触媒装置を省略する
ことも可能となる。更に第２に、従来の吸入装置の内燃
機関に較べてエンジンの熱効率が向上する。
酸素の濃度が大気より小さいにもかかわらず、吸入圧力
を上げることで、燃焼に必要な酸素の量が充分に確保さ
れるため、大きなエンジン出力を得ることができる。本
発明の大きな特徴は、第１に、本発明の内燃機関と、従
来の常圧の大気、酸素濃度の高いガスまたは大気を過給
したガスを吸入する内燃機関とを比較すると、本発明の
内燃機関の方が、エンジンから排気される燃焼排ガス中
の窒素酸化物等の濃度が極めて低いことである。エンジ
ンからの排気ガスがクリーンになることで、従来の火花
点火機関に装着されている酸化還元触媒装置を省略する
ことも可能となる。更に第２に、従来の吸入装置の内燃
機関に較べてエンジンの熱効率が向上する。
第１図は本発明の内燃機関の吸入装置の一例を示す概要
構成図、第２図は第１図に示した膜型窒素富化装置の機
能を説明するための図である。 図中、 １……エアークリーナー ２……空気を昇圧する装置への導管 ３……空気昇圧装置 ４……昇圧装置の駆動装置 ５……窒素富化装置への空気の導管 ６……膜型窒素富化装置 ７……窒素富化空気をエンジンへ供給するための導管 ８……膜型窒素富化装置より排出するガスの導管 ９……排出装置 10……エンジン本体 20……中空糸型窒素富化膜 21……窒素分離膜 22……多孔質支持膜 である。
構成図、第２図は第１図に示した膜型窒素富化装置の機
能を説明するための図である。 図中、 １……エアークリーナー ２……空気を昇圧する装置への導管 ３……空気昇圧装置 ４……昇圧装置の駆動装置 ５……窒素富化装置への空気の導管 ６……膜型窒素富化装置 ７……窒素富化空気をエンジンへ供給するための導管 ８……膜型窒素富化装置より排出するガスの導管 ９……排出装置 10……エンジン本体 20……中空糸型窒素富化膜 21……窒素分離膜 22……多孔質支持膜 である。
フロントページの続き (72)発明者 大谷 哲也 東京都日野市日野台３丁目１番地１ 日 野自動車工業株式会社内 (72)発明者 下田 正敏 東京都日野市日野台３丁目１番地１ 日 野自動車工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−88262（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−50253（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−247167（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−134859（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−151068（ＪＰ，Ｕ)
Claims (4)
- 【請求項１】吸気系に装着した膜型窒素富化装置、当該
膜型窒素富化装置に給気する大気を常圧以上の圧力に昇
圧する装置、当該膜型富化装置より常圧以上の圧力で導
出される窒素富化空気を内燃機関の吸入口に常圧以上の
圧力で実質的に直接導入する導管とで構成されているこ
とを特徴とする内燃機関の吸気装置。 - 【請求項２】膜型窒素富化装置の分離膜が中空糸の形状
であることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の吸気
装置。 - 【請求項３】膜型窒素富化装置に給気する大気を0.5kg/
cm2Ｇ以上の圧力に昇圧する装置を当該膜型窒素富化装
置の上流側に装着して成ることを特徴とする請求項１又
は２記載の内燃機関の吸気装置。 - 【請求項４】膜型窒素富化装置に吸気する大気を常圧以
上の圧力に昇圧する手段が内燃機関の排気エネルギーを
利用した装置であることを特徴とする請求項１記載の内
燃機関の吸気装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63124839A JP2535381B2 (ja) | 1988-05-24 | 1988-05-24 | 内燃機関の吸気装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63124839A JP2535381B2 (ja) | 1988-05-24 | 1988-05-24 | 内燃機関の吸気装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01294953A JPH01294953A (ja) | 1989-11-28 |
| JP2535381B2 true JP2535381B2 (ja) | 1996-09-18 |
Family
ID=14895367
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63124839A Expired - Lifetime JP2535381B2 (ja) | 1988-05-24 | 1988-05-24 | 内燃機関の吸気装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2535381B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6453893B1 (en) * | 2000-06-14 | 2002-09-24 | Caterpillar Inc | Intake air separation system for an internal combustion engine |
| FR2980987B1 (fr) | 2011-10-11 | 2013-11-08 | Andre Prieur | Dispositif de centrifugation de l'air |
| JP6572939B2 (ja) * | 2017-05-19 | 2019-09-11 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関のガス供給装置 |
| JP7340395B2 (ja) * | 2019-09-20 | 2023-09-07 | 日産自動車株式会社 | 内燃機関システム |
-
1988
- 1988-05-24 JP JP63124839A patent/JP2535381B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01294953A (ja) | 1989-11-28 |
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