JPH01195926A - 酸素富化給気エンジン - Google Patents

酸素富化給気エンジン

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JPH01195926A
JPH01195926A JP63021463A JP2146388A JPH01195926A JP H01195926 A JPH01195926 A JP H01195926A JP 63021463 A JP63021463 A JP 63021463A JP 2146388 A JP2146388 A JP 2146388A JP H01195926 A JPH01195926 A JP H01195926A
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JP
Japan
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oxygen
engine
valve
pressure gas
throttle valve
Prior art date
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Pending
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JP63021463A
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English (en)
Inventor
Motohiro Shintani
新谷 元宏
Tetsuro Kato
哲朗 加藤
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SHINNENSHIYOU SYST KENKYUSHO KK
Original Assignee
SHINNENSHIYOU SYST KENKYUSHO KK
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B51/00Other methods of operating engines involving pretreating of, or adding substances to, combustion air, fuel, or fuel-air mixture of the engines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B43/00Engines characterised by operating on gaseous fuels; Plants including such engines
    • F02B43/10Engines or plants characterised by use of other specific gases, e.g. acetylene, oxyhydrogen
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30Use of alternative fuels, e.g. biofuels

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、エンジンの燃焼を促進し、出力の向上とエン
ジンの耐久性の改善を図る酸素富化給気エンジンに関す
る。
〔従来の技術〕
エンジンの出力を同上させ、耐久性を改善するためには
、エンジンが仕事をする期間において、シリンダ内の平
均圧力を高め、最高圧力を低く抑えることが必要であり
、このためには、燃焼を促進させて燃焼期間を短縮させ
ることが効果的である。そして、従来より、燃焼を促進
させるための種々の工夫が行われている。
特にディーゼルエンジンにおいては、燃料を直接燃焼室
内へ噴射するため、燃焼と空気の混合を促進させる必要
があり、燃焼噴射装置、燃焼用空気供給装置或いは燃焼
室の形状に特別の対策を施し、燃焼室内の空気に乱流を
起こしている。
例えば、燃料噴射装置においては、数百気圧を越える高
圧で燃料を噴射させることにより、燃料の微粒化を図り
、燃料粒子の高速運動により燃焼室内空気に強力な乱流
を生じさせる方式が知られている。
また、燃焼用空気供給装置については、吸気ポートや吸
気弁を特殊な形状にし、燃焼室内空気に旋回運動を与え
、その旋回運動を燃料と空気の混合に利用する方式が知
られている。
また、燃焼室形状については、直噴式ディーゼルエンジ
ンにおいてスキンシュエリアを設ける方式等が用いられ
ている。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、上記の従来の方式のうち高圧で燃料を噴
射する方式においては、燃料の噴射の終了と共に乱流の
減衰が生じ、燃料噴射後の乱流を必要とする時間に十分
な乱流が得られない問題を有している。
また、上記の燃焼用空気供給装置を改善する方式にあっ
ては、必然的に空気流に対する抵抗が増大し、吸入空気
量が減少するという問題を有している。
さらに、スキッシュエリアを設ける方式においては、乱
流の発生する時期がピストンの上死点前後に限られる問
題を有している。
ところで、大気中の窒素と酸素の割合は79:21であ
るが、この酸素の割合を増加させれば燃焼の活発化が図
れることは周知であるが、これを達成するための具体的
な手段は確立されておらず、エンジンへの適用例も酸素
ボンベを使用した研究が見られるにすぎない。従って、
簡単な方式により酸素の割合を増加させることが大きな
課題となっている。
本発明は、上記問題および課題を解決するものであって
、燃焼のタイミングに合わせて酸素富化空気を押込むこ
とにより、燃焼の促進を図ることができる酸素富化給気
エンジンを提供するものである。
〔課題を解決するための手段〕
そのために本発明の酸素富化給気エンジンは、エンジン
の燃焼室に設けられる吸気弁および高圧ガス弁と、該高
圧ガス弁に連通して設置される高圧ガス発生装置と、前
記吸気弁に接続される第1の絞り弁、バイパス路を有す
る酸素分離装置および過給機とを備え、該酸素分離装置
と前記高圧ガス発生装置が第2の絞り弁を介して接続し
、第1の絞り弁および第2の絞り弁の制御により分離さ
れた酸素富化空気を高圧ガス弁の制御によりエンジンの
燃焼室へ押し込むことを特徴とするものである。
〔作用〕
本発明においては、例えば第1図に示すように、酸素富
化運転の場合には、酸素分離装置17により分離される
必要酸素量に応じて、第1の絞り弁15はその開度を閉
しる方向に調整されると共に、第2の絞り弁29はその
開度を開く方向に調節される。このとき給気圧を一定に
維持するために、給気圧を検出して逃がし弁30を制御
する。酸素分離装置17により分離された酸素富化空気
は、逆止弁27を経て高圧ガス発生装置23により高圧
となり熱交換器21で冷却される。そして、クランク角
度検出信号により高圧ガス弁13の解放タイミングを制
御し、エンジンの燃焼期間中に高圧ガス弁13が開閉さ
れて、高圧に加圧された酸素富化空気が燃焼室5へ押し
込まれる。
従って、高圧ガス弁を燃焼期間中に開閉させて、燃焼中
の燃焼室へ高圧の酸素富化空気を押し込むことができ、
燃焼に最も効果的な時期に燃焼室内に乱流を生起でき、
また、同時に追加の酸素を供給でき、燃焼の促進が図ら
れて、シリンダ内の平均圧力が高められ、また、最高圧
力が低く押えられて、出力の向上と、耐久性の改善が図
られるものである。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。
第1図は本発明の酸素富化給気エンジンの1実施例を示
す構成図である。
エンジン1は、シリンダ2とこのシリンダ2内で往復す
運動するように配置されたピストン3とに囲まれた燃焼
室5を備え、この燃焼室5に連通して、それぞれ1個あ
るいは数個の吸気ポート6と排気ポート(図示せず)が
設けられ、各ボートには吸気弁7および排気弁(図示せ
ず)が配置される。この排気弁から排気通路8を経て排
気されるが、排気通路8には過給機9のタービン10が
配置され、排気の熱エネルギを回転エネルギに変換して
、タービン10と直結されたインペラ11を駆動させ、
吸入空気を圧縮し過給圧を高めている。
本発明では、吸気ボート6とは別に高圧ガスポート12
を設け、このポート12には高圧ガス弁13が配置され
ている。
前記吸気ボート6は、第1の絞り弁15を介してバイパ
ス路16を有する酸素分離装置17に接続され、さらに
中間冷却器19を介して過給m9に接続されている。酸
素分離装置17は、周知の酸素分離膜20により酸素を
分離するものである。
一方、前記貰圧ガスポート12は、熱交換機21、調圧
弁22を介して高圧ガス発生装置23の圧縮室25に接
続され、圧縮室25はアンローダ弁26を介して大気に
連通されると共に、逆止弁27および第2の絞り弁29
を介して前記酸素分離装置17に接続されている。また
、排気通路8のタービン10の上流側には、給気圧力を
一定に維持するための逃がし弁30が談けられている。
なお、高圧ガス発生装置23としては、エンジン1で発
生する動力の一部を利用して駆動される圧縮機が使用さ
れる。あるいは他の動力を利用して駆動される圧41機
を使用してもよい。
第2図は、上記構成からなる本発明の酸素富化給気エン
ジンを制御するための電子制御装置のブロック構成図で
ある。
電子制御装置には、エンジン回転速度、アクセル開度、
クランク角度、エンジン負荷、給気温度、圧力、冷却水
温度および各電磁弁の開度位置の検出信号が入力され、
電子制御装置において予め記憶された制御マツプに基づ
いて演算処理および判断が実行され、答弁13.15.
29.30.26に信号が出力される。
その制御の処理の1例について説明すると、例えば、エ
ンジン回転速度、エンジン負荷の検出信号が入力される
と、エンジン1の現在の運転状態が第3図で示される2
つの領域A、Bのうちのどの領域にあるかが決定され、
その出力信号に基づいて第1の絞り弁15または第2の
絞り弁29の開度が制御される。通常運転領域Aの場合
には、第1の絞り弁15が開き第2の絞り弁29が閉じ
て吸気弁7から燃焼室5にエアが供給される。
酸素富化運転領域Bの場合には、第1の絞り弁15はそ
の開度を閉じる方向に調整されると共に、第2の絞り弁
29はその開度を開く方向に調節される。このとき給気
圧を一定に維持するために、給気圧を検出して逃がし弁
30を制御する。酸素分離装置17により分離された酸
素は、逆止弁27を経て高圧ガス発生装置23により高
圧のガスとなって熱交換器21で冷却される。そして、
クランク角度検出信号により高圧ガス弁13の解放タイ
ミングを制御し、エンジンの燃焼期間中に高圧ガス弁1
3が開閉されて、高圧に加圧された酸素富化空気が燃焼
室5へ押し込まれる。このとき、エンジンlに供給され
る空気の温度と圧力、すなわち給気温度と給気圧力を示
す信号が入力され、この温度と圧力を示す信号にもとづ
いて、高圧ガス弁13が開かれる期間を補正し、エンジ
ン1のシリンダ11に供給される空気の状態に応じた適
正量に制御する。
電子制御装置にはアクセル開度信号も入力され、アクセ
ル開度の変化に応動して第3図で説明した運転モードマ
ツプが変更され、新たなエンジンの運転領域が決定され
、運転者の意志、例えば加速志向、或いは減速志向に対
応して最適の制御が行われる。
第4図は、エンジン1のエンジン回転角度に対するエン
ジン1のシリンダ2内の圧力の変化を示す図であり、本
発明のエンジン1の圧力変化を実線で、従来より用いら
れているエンジンの圧力変化を破線で示している。aで
示される期間が高圧ガス弁13が開いて酸素富化空気が
押し込まれている期間であり、Cで示される期間は燃焼
室5内での燃焼期間を示している。本発明のエンジンに
おいては、燃焼期間Cが、従来のエンジンの燃焼期間C
′より短縮されていて、かつ、燃焼が行われているとき
の平均圧力は従来のエンジンの燃焼中の平均圧力より高
く、しかも最高圧力については、本発明のエンジンの圧
力の方が、従来のエンジンのそれよりも低くなっている
ことがわかる。
このように本発明のエンジン1においては、燃焼室5内
の燃焼を制御することができ、エンジン1の耐久性に影
響するシリンダ2内の最高圧力を低σ友しながら、シリ
ンダ2内の平均圧力を高い水準に保つことによって、仕
事量の増大すなわち高出力を得ることができる。
〔発明の効果〕
以上のように、本発明によれば、燃焼に最も効果的な時
期に燃焼室内に乱流を生起でき、また、同時に酸素富化
空気を供給でき、燃焼の促進が図られて、シリンダ内の
平均圧力が高められ、また、最高圧力が低く抑えられて
、出力の向上と、耐久性の改善が図られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の酸素富化給気エンジンの1実施例を示
す構成図、第2図は本発明のエンジンに用いられる電磁
弁の開閉時期の最適化を図るための制御回路の一例を示
す図、第3図はエンジン負荷とエンジン回転速度に応じ
てエンジンの運転領域を2つの領域に分け、各領域毎に
実行されるエンジンの運転モードを説明する図、第4図
はエンジンの回転角度に対するシリンダ内圧力を示す図
である。 1・・・エンジン、7・・・吸気弁、9・・・過給機、
13・・・高圧ガス弁、15・・・第1の絞り弁、17
・・・酸素分離装置、23・・・高圧ガス発生装置、2
9・・・第2の絞り弁、30・・・逃がし弁。 出 願 人   株式会社 新燃焼システム研究所代理
人弁理士  白 井 博 樹(外4名)第1図 15.29・・・玖り弁

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)エンジンの燃焼室に設けられる吸気弁および高圧
    ガス弁と、該高圧ガス弁に連通して設置される高圧ガス
    発生装置と、前記吸気弁に接続される第1の絞り弁、バ
    イパス路を有する酸素分離装置および過給機とを備え、
    該酸素分離装置と前記高圧ガス発生装置が第2の絞り弁
    を介して接続し、第1の絞り弁および第2の絞り弁の制
    御により分離された酸素富化空気を高圧ガス弁の制御に
    よりエンジンの燃焼室へ押し込むことを特徴とする酸素
    富化給気エンジン。
  2. (2)第1の絞り弁および第2の絞り弁の制御により給
    気圧が変動した場合には、過給機の排気側に設けられた
    逃がし弁を制御することにより給気圧を一定に維持する
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の酸素富化
    給気エンジン。
JP63021463A 1988-02-01 1988-02-01 酸素富化給気エンジン Pending JPH01195926A (ja)

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