JP4609671B2 - 内燃機関の吸気マニホールドに酸素濃縮空気を供給する方法及び装置 - Google Patents
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Description
排気システムの酸素
空気流量
スロットル位置
冷却水温度
電圧
マニホールド絶対圧力
エンジン速度
を測定するセンサからデータが供給される。
完全燃焼のために利用可能な充分な酸素を確保する。
図1に示される概略図は、車載されて酸素濃縮空気を生成する提案されたシステムSを示している。そして、この酸素濃縮空気は、車両の内燃機関の運転を最適化するために使用される。
モレキュラーシーブパックP−2に流入する。モレキュラーシーブパックP−1及びP−2に使用することができる材料のタイプの一つは、合成ゼオライトであり、これを通過する空気から窒素の一部を吸着して、そこから出る空気の酸素を濃縮する。空気をシーブパックP−1に導入するため、バルブ111及び113が開位置に配置され、バルブ112、114、A及びBが閉じられる。この空気は、パックP−1を通って流れ、ここで窒素がモレキュラーシーブに収容された材料(すなわち合成ゼオライト)に吸着される。結果として酸素が濃縮された空気は、流路120及び115を通って圧力ポンプPへ流出し、ここで圧力が上昇される。ポンプPから流出した酸素濃縮空気は、空気冷却器119によって冷却され、貯留タンクTに流入する。
実施形態2は、空気の酸素を濃縮し、そして、これを貯留して実施形態1のように後で使用し、又は、低濃度の酸素濃縮空気を自然吸気される吸入空気と共に常時エンジンに供給する新規で迅速な方法を開示する。低濃度の濃縮では、酸素濃縮空気は、エンジンに損傷を与えることなく継続的に供給することができる。
及びモレキュラーシーブAを通してシリンダ室38内に空気を吸引する。このとき、他のバルブ、すなわちバルブ31、33及び34は閉じられている。バルブ31、33及び34が閉じられているときのモレキュラーシーブAを通したこの空気の吸引作用は、部分真空を生じ、この部分真空がモレキュラーシーブAからの窒素の脱離を引き起こして、大気圧で起こるよりも迅速に脱離が起こる。これにより、ピストン35の図3Cに示される位置への下方への移動は、通路43からモレキュラーシーブAを通して室38内へ空気を吸引する。クランク軸37の図3Dに示される位置への更なる回転は、ピストン35に窒素濃縮空気を押圧させて、バルブ34が開いたとき、通路46及び47を通して排気マニホールドへ排出する。ピストン35がその上方へのストロークを開始することによって、その結果を達成するため、バルブ34が開き、バルブ31、32及び33が閉位置に移動される。
上述の実施形態1は、車載生成システムを使用して高濃度の酸素濃縮空気を生成し、そして、後に加速の要求又は環境汚染の抑制が望まれたとき、これを内燃機関に(燃料の追加を伴って又は伴わず)供給するために貯留する。
当業者には、多くの修正例が容易に明らかになるであろう。
Claims (15)
- (a)空気を受入れて排出し、(i)圧力下でこれを通過する空気から少なくとも一部の窒素を吸着して、そこから排出される空気が大気よりも酸素濃度が高くなるようにし、また、(ii)通常の大気圧で大気に曝されたとき、吸着した前記窒素の少なくとも一部を脱離する特性を有するモレキュラーシーブを設け、
(b)大気圧よりも高い圧力下で前記モレキュラーシーブに空気を供給して通過させて、酸素濃縮空気を生成し、
(c)内燃機関に燃料を供給し、
(d)自動車が加速している間、前記酸素濃縮空気及びステップ(c)における供給量よりもより多くの燃料を前記内燃機関に供給し、
(e)ステップ(b)を停止し、
(f)前記モレキュラーシーブを大気に通気させて、吸着した窒素を脱離して外部に排出し、
(g)前記自動車が加速していないとき、通常の空気及びより少ない量の燃料を前記内燃機関に供給するステップを有することを特徴とする酸素濃縮空気を自動車の内燃機関に供給するための方法。 - ステップ(b)の間、空気は合成ゼオライトモレキュラーシーブを通過することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 更に、(h)ステップ(a)のモレキュラーシーブと同じ特性を有する第2のモレキュラーシーブを設け、
(i)ステップ(a)のモレキュラーシーブに空気を供給して通過させるのを停止したとき、前記第2のモレキュラーシーブに空気を供給して通過させ、
(j)前記第2のモレキュラーシーブから酸素濃縮空気を前記内燃機関に供給するステップを含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 更に、前記酸素濃縮空気を前記内燃機関に供給する前に貯留容器に供給するステップを含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 更に、前記酸素濃縮空気を前記内燃機関に供給する前に貯留容器に供給するステップを含むことを特徴とする請求項3に記載の方法。
- (a)空気を受入れて排出し、(i)圧力下でこれを通過する空気から少なくとも一部の窒素を吸着して、そこから排出される空気が大気よりも酸素濃度が高くなるようにし、また、(ii)通常の大気圧で大気に曝されたとき、前記窒素の少なく
とも一部を脱離する特性を有する第1及び第2モレキュラーシーブと、
(b)大気圧よりも高い圧力下で前記第1及び第2モレキュラーシーブに順次空気を供給する手段と、
(c)前記第1モレキュラーシーブに空気が流れているとき、前記第2モレキュラーシーブへの圧力下の空気の流れを阻止し、前記第2モレキュラーシーブに空気が流れているとき、前記第1モレキュラーシーブへの圧力下の空気の流れを阻止する第1バルブセットと、
(d)前記第1バルブセットが前記第2モレキュラーシーブへの圧力下の空気の流れを阻止しているとき、前記第2モレキュラーシーブを大気に通気させて、吸着した窒素を脱離して外部に排出し、また、前記第1バルブセットが前記第1モレキュラーシーブへの圧力下の空気の流れを阻止しているとき、前記第1モレキュラーシーブを大気に通気させて吸着した窒素を脱離して外部に排出するように作動する第2バルブセットと、
(e)前記第1及び第2モレキュラーシーブのそれぞれと前記内燃機関との間の通路と、
(f)前記第1モレキュラーシーブから流出する空気中の酸素の量を検出する第1センサと、
(g)前記第2モレキュラーシーブから流出する空気中の酸素の量を検出する第2センサとを備え、
前記第1センサは、前記第1モレキュラーシーブから流出する空気中の酸素が減少したとき、その空気の流れを停止させるべく作動し、前記第2センサは、前記第2モレキュラーシーブから流出する空気中の酸素が減少したとき、その空気の流れを停止させるべく作動することを特徴とする内燃機関に酸素濃縮空気を燃料と共に供給するための装置。 - 更に、酸素濃縮空気を貯留する貯留室を含み、該貯留室は、前記第1及び第2モレキュラーシーブの少なくとも一方から酸素濃縮空気を受入れて前記内燃機関に供給するように配置されていることを特徴とする請求項6に記載の装置。
- (a)可燃性の燃料を内燃機関の燃焼室に供給し、
(b)酸素及び窒素を含む空気を前記燃焼室に前記燃料と共に供給し、
(c)加速時に、ステップ(b)の前に、前記空気の少なくとも一部を大気よりも高圧下でモレキュラーシーブに通過させて、前記供給される空気の窒素の濃度を減少させて酸素を濃縮し、供給する燃料の量をステップ(b)で供給する燃料の量よりも増大させ、
(d)加速していないとき、空気が前記モレキュラーシーブをバイパスするようにし、これにより、前記モレキュラーシーブから窒素を脱離して外部に排出できるようにし、また、供給する燃料の量を減少させ、
(e)前記酸素濃縮空気の少なくとも一部を前記燃焼室に供給する前に貯留するステップを有することを特徴とする内燃機関の運転方法。 - 供給される空気中の酸素濃度は28%を超え、酸素濃縮空気は間欠的に供給されることを特徴とする請求項8に記載の方法。
- (a)拡大された室を形成する第1位置から、より小さい室を形成する第2位置へ内部を移動可能なピストンを有するシリンダ室を設け、
(b)(i)前記シリンダ室に間欠的に空気を導入するための吸気口及び吸気バルブと、(ii)前記シリンダ室から間欠的に空気を排出するための排気口及び排気バルブと、(iii)モレキュラーシーブが内部に配置されて前記シリンダ室及び内燃機関の吸気マニホールドに接続する通路とを設け、
(c)前記ピストンが前記シリンダ室を拡大する方向に移動している間、前記吸気バルブを開き、
(d)前記吸気バルブ及び前記排気バルブの両方が閉じられている間、前記ピストンを前記シリンダ室をより小さくする方向に移動させて、空気を圧力下で前記通路及び前記モレキュラーシーブを通して酸素濃縮空気として前記吸気マニホールドへ押込み、
(e)また、前記吸気バルブ及び前記排気バルブが閉じられている間、前記ピストンを前記シリンダ室を拡大する方向に移動して、前記通路及び前記モレキュラーシーブを通し
て空気を吸引して、窒素濃縮空気として前記シリンダ室に供給し、そして、前記排気バルブを開いて、前記ピストンが移動して前記シリンダ室を縮小したとき、前記窒素濃縮空気を外部に排出するステップを有することを特徴とする内燃機関に酸素濃縮空気を供給するための方法。 - 更に、前記通路の前記シリンダ室から前記モレキュラーシーブの反対側の寸法を絞って、前記シリンダ室から前記モレキュラーシーブを通る空気流の圧力を上昇させるステップを含むことを特徴とする請求項10に記載の方法。
- (a)拡大された室を形成する第1位置から、より小さい室を形成する第2位置へ内部を移動可能なピストンを有するシリンダ室と、
(b)吸気口及び該吸気口と前記シリンダ室との間の連通を開閉するための吸気バルブと、
(c)排気口及び該排気口と前記シリンダ室との間の連通を開閉するための排気バルブと、
(d)前記シリンダ室と吸気マニホールドとを接続する通路と、
(e)前記通路内に配置されたモレキュラーシーブとを備え、
前記吸気バルブ及び前記排気バルブは、前記ピストンが前記第2位置に向って移動しているとき、該ピストンの移動のその行程中、閉じるように作動して、空気を圧力下でモレキュラーシーブを通して酸素濃縮空気として前記吸気マニホールドに押込み、
(f)更に、前記モレキュラーシーブの前記シリンダ室の反対側に配置された第2の吸気口及び第2の吸気バルブを含み、
前記ピストンが前記第1位置に向って移動中、前記吸気バルブ及び前記排気バルブは閉じるように作動し、前記第2の吸気バルブは開くように作動して、前記モレキュラーシーブを通して空気を吸引して、窒素濃縮空気として前記シリンダ室に供給し、そして、前記排気バルブを開いて、前記ピストンが移動して前記シリンダ室を縮小したとき、前記窒素濃縮空気を外部に排出することを特徴とする吸気マニホールドを有する内燃機関。 - 更に、前記モレキュラーシーブと前記吸気マニホールドとの間の前記通路の寸法を絞ったことを特徴とする請求項12に記載の内燃機関。
- 更に、前記モレキュラーシーブと前記吸気マニホールドとの間の前記通路に追加のバルブを含むことを特徴とする請求項12に記載の内燃機関。
- 更に、前記モレキュラーシーブと前記吸気マニホールドとの間に配置されて酸素濃縮空気を貯留する貯留容器を含むことを特徴とする請求項14に記載の内燃機関。
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