JPH01208522A - 内燃機関における過給方法及び装置 - Google Patents

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】 イ）産業上の利用分野 この発明は内燃機関、特に自動車用エンジンにおける過
給方法及び過給装置の創作に関する。

口）従来の技術 従来、自動車用エンジンにおいては過給手段としてはエ
アーコンプレッサーにより高圧化した空気を吸入させる
ことにより吸気用を増大させる手段が公知であり、その
ための装置としてはエンジンの排気圧力を利用してエア
ーコンプレッサーを駆動するターボチャージャ一方式と
エンジン出力又は電動機を利用してエアーコンプレッサ
ーを駆動するスーパーチャージャ一方式とが公知であっ
た。

ハ）発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記従来技術には各々次のような問題点
が存した。

先ず、ターボチャージャ一方式については、排気圧力を
利用するために、 （ａ）排気抵抗が増加する、 （ｂ）アクセル踏み込み後過給圧上界迄にタイムラグが
生じ、加速感を損なう、 （Ｃ）排気熱の伝播により加熱したタービンの冷却機構
が必要となる、 （ｄ）ターボチャージャー自体が発生する熱と加圧によ
り吸気が発熱し、熱膨張により過給効率が悪化するので
それを防ぐ機構が必要となる、（ｅ）シリンダー内部の
空気容量が増加するため混合気の圧縮圧力を低くする必
要が生じ、圧縮比率を変更した専用エンジンを必要とす
る、 〜等の問題点が存する。

次に、スーパーチャージャ一方式については、（ａ）エ
ンジン出力を利用してエアーコンプレッサーを駆動する
形式のものについてはエンジン出力を消費する、 （ハ）電動機を利用する形式のものについては高回転、
高出力電動機が必要となり、長期使用の信幀性に劣る、 〜等の問題点が存する。

又、何れの方式であっても、 （ａ）吸気音が増加する、 （ロ）過給装置の搭載によりエンジンの複雑化と共に、
車両重量が増加し、又車両全体の製作コストも高くなる
、 （Ｃ）過給装置の構造上高速回転部分が生じ、故障発生
率が高くなる、 〜等の問題点が存する。

この発明は上記の如き従来技術の問題点を解消した過給
手段を提供することをその技術的課題とする。

二）課題を解決するための手段 上記課題を達成するために創作されたこの発明は、従来
技術のように加圧により吸気量を増大させるという着想
とは別異の全く新たな着想に基づくものである。

即ち、この発明の過給方法は酸素富化膜を通過させるこ
とにより酸素を濃縮した空気を供給することをその特徴
とする。

又、この発明の過給装置は吸気経路に酸素富化膜を配し
たことをその特徴とする。

ここに酸素富化膜とは酸素に対し選択透過性を有する従
来公知の高分子ガス分１ｉｉｌｔ膜を指すもので（例え
ば特開昭６２−１７１７３０号公報参照）、この膜は高
分子のｆ４膜を通過する分子の透過性の差異を利用して
空気から酸素を透過濃縮する作用を存する。

ホ）作用 従って、この発明によれば吸気中の酸素濃度が酸素富化
膜の通過により増大するので、吸気される空気の圧力及
び量を変更せずに燃焼に必要な酸素量だけを増大し、も
って過給作用を得ることができる。

へ）実施例 以下、この発明の実施例を添付図面に基づいて説明する
。

第１図乃至第４図にこの発明の過給装置を自動車用エン
ジンに実施した一例を示す。

この実施例においては吸気経路中エアクリーナーＡのニ
レメン）Ｅに酸素富化膜Ｏを組み込んだ。

エレメントＥはドーナツ状に中央を中空部Ｅ１として貫
通させた構成よりなり、外周に空隙部６゛を残してエア
クリーナーＡのケース内にパフキング７を介して収容さ
れる。

上記エアクリーナーＡにはエレメントＥを気化器への連
通経路に配したちの配しないものとの２種め吸入口が設
けられる。

図中１はエアクリーナー正面にして収容されたエレメン
トＥの前方に配される吸入口であり、この吸入口ｌはエ
レメントＥを介してエレメントの中空部Ｅｌより気化器
への排出口４へ連通ずると同時に、エアクリーナー後方
に配した排出口２（唆気口ｌよりやや小さく設定される
）にもエレメントＥとエアクリーナー内壁との空隙部６
を経路として連通ずる。

従って、吸入口ｌから吸入された空気中ニレメン）Ｅを
透過して酸素が濃縮された空気は気化器への排出口４へ
導かれ、残余の成分は排出口２より排出される。

図中３はエアクリーナー上面にしてエレメントＥの中空
部上方に配される吸入口であり、この吸入口３はエアフ
ィルター５を介してエレメントＥの中空部Ｅ１より気化
器への排出口４へ直接連通する。

従って、吸入口３より吸入された空気はそのままの状態
で気化器への排出口４へ導かれる。

上記二つの吸入口を設けた理由は、アイドリングや定速
走行等の低出力時にはニレメン）Ｅを介さない、即ち通
常の大気を供給させる吸入口３を、発進や加速等高出力
時にはエレメントＥを介する、即ちこの発明の過給を行
う吸入口１をそれぞれ選択的に使用し燃費対策を図るこ
とにある。

そのため、エアクリーナーＡの各開口には上記選択を行
うために３つのバルブが設けられる。

図中１２は通常の大気を供給させる吸入口３に配される
バタフライバルブ、同じ＜１０はこの発明の過給を行う
吸入口ｌに配されるバタフライバルブであり、両者は択
一的に開閉し、低出力時にはバタフライバルブ１２が開
で１０・が閉の状態に（第１図の状態）、高出力時には
その逆に開閉する。

上記各バルブの操作はアクセル開度を検出することによ
り行うが、この実施例では第３図乃至第４図に示す次の
機構により実現している。

この機構はアクセル開度によるマニホールド負圧の変動
に応じて操作杆２２を作動するダイヤフラム装置ｌＤに
より各バルブの操作を行うことをその特徴とする。

このダイヤフラム装置りはチャンバー２０内を操作杆２
２に連結されたダイヤフラム２１がト下するもので、操
作杆２２をベルクランク１５及び連杆１３．１４を介し
てバタフライバルブ１０及び１１．同じ＜１２にリンク
結合させることにより、ダイヤフラム２１の押し下げに
よりバタフライバルブ１２を開でｌＯ及び１１を閉の状
態に（第３図の状態）、同じく押し上げによりバタフラ
イバルブ１２を閉で１０及び１１を開の状態に（第４図
の状態）作動させる。

そして、上記ダイヤフラム２１はバネ２３により押上げ
方向に常時付勢されると共に、チャンバー２０内にして
ダイヤフラム２１の押し下げ側にはスロットルバルブよ
り下流でインレット・マニホールドに連通ずるバキュー
ムパイプ２８が連結される。

従って、アイドリング特等アクセル開度が浅くマニホー
ルド負圧が高い場合にはダイヤフラム２１；よバキュー
ムパイプ２８からの負圧によりバネ２３に抗して押し下
げ方向に引き寄せられ、バタフライバルブ１２が開でｌ
Ｏ及び１１が閉の状態となり気化器には通常の空気が吸
気され、高出力特等アクセル開度が深くマニホールド負
圧が低い場合にはダイヤフラム２１はバネ２３の付勢力
により押し上げられ、バタフライバルブ１２が閉で１０
及び！ｌが開の状態となり気化器には′ａ縮された空気
が吸気される。

この場合、この機構においては過給と通常め吸気との切
り換え点及び酸素濃度の自動調節はバネ２３のバネ力と
マニホールド負圧との関係により決定されるため、バネ
２３のバネ力を調節するためのアジ中スター２７を設け
ている。

又、この実施例ではダイヤフラム２１を押し杆２５によ
り押し下げるソレノイド２４及びバキュームパイプ２８
に設けた空気逃げ孔３０のバルブ３１を解放するソレノ
イド３２、操作杆２２を押し上げるソレノイド２６をそ
れぞれ用意し、過給が不要な場合には運転者においてス
イッチ振作によりソレノイド２４及び３２を駆動するこ
とによりアクセル開度にかかわりなく操作杆２２を強制
的に押し下げ、逆に過給が必要な場合には同じくソレノ
イド２６を駆動することによりやはりアクセル開度にか
かわりなく操作杆２２を強制的に押し上げる構造としで
ある。

内、バルブ１Ｏ１１１，１２の開閉は上記の如き機構に
よらずとも例えばマニホールド負圧を電気的に検出して
各バルブを電気的に作動させる機構であってもよいこと
は勿論である。

次に、エレメントＥの構造について説明する。

エレメントＥは本来は通常のエアークリーナーのエメン
トのように第１０図に示すような襞状の放射形が望まし
いが、現時点における酸素富化膜の単位面積当たりの透
過能力を考慮した場合所望の吸気量を確保するためには
大量の面積の透過面が必要となるために、そのための工
夫が必要となる。　　。

第１１図及び第１２図にその具体例を示す。

第１１図においては襞状の放射形を基本としてエレメン
トを構成しているが、円の内側の許容寸法に合わせて襞
を可及的に増やした場合、円の内側と外側との円周寸法
の違いより外側において襞間に生じてしまう空隙を利用
するために、円の外側から内側に向かって襞群Ｅ２を設
けている。

第１２図においては多数の異径の環を同心状に配してい
る。

尚、エレメントの壁面自体は外側より順に濾紙４０、酸
素富化膜０、膜保護材４１を積層したものを折り曲げ、
中央に透過した空気の逃げ満４２を設けることにより構
成する（第５図乃至第７図参照−これらの図は同時に壁
面同士の接合例も示す−）。

この場合、上記壁面は第８図に示すように濾紙４０、酸
素富化膜Ｏを積層したものを折り曲げ、中央に透過した
空気の逃げも兼ねた膜保護材４１を設けても、或いは第
９図に示すように酸素富化膜０を折り曲げ、中央に透過
した空気の逃げも兼ねた膜保護材３１を設けてもよい。

ト）発明の効果 以上のように構成されるこの発明は次の効果を奏する。

（１）従来技術のような高価、複雑な機械装置を要せず
効果的な過給効果を得られる。

（２）同様の理由より機械的な駆動部分が無いので故ｌ
ｌｃ率が極めて少ない。

（３）同様の理由より機械的な駆動部分が無いので騒音
が生じない。

（４）シリンダー内部の空気容量には変更を要しないの
で圧縮圧力を低くする必要がなく、通常のエンジンで過
給を実現できる。

（５）排気を使用しないので冷却の必要もなく、排気抵
抗も損なわず、又アクセル踏み込み後過給迄のタイムラ
グも生じない。

（６）吸気は加圧しないので、熱膨張により過給効率を
損なうことがない。

（７）酸素を濃縮した空気を吸気させるので燃焼室への
相対的な窒素の侵入量が減少し、過給効果ばかりでなく
有害な窒素酸化物の発生も防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の過給装置の断面図、第２図は同上平
面図、第３図乃至第４図は同上バルブ駆動機構の一部切
欠側面図、第５図乃至第７図は同上エレメントの要部の
断面図、第８図乃至第９図は同上エレメントの要部の°
異なる実施例の断面図、第１Ｏ図は同上エレメントの実
施例の平面図、第１１図は同上エレメントの実施例の一
部を示す平面図、第１２図は同上エレメントの実施例の
平面図である。 図中符号　（Ａ）　　・・・エアークリーナー（Ｅ）　
　・・・エレメント （０）・・・酸素化膜 特許出願人　　　佐　藤　冨　　雄 第５図 ４０　　　　　　　　　Ｅ １　　　　　　／ 第８図第９図 手続ネ甫正書（方式） 昭和６３年６月・シロ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　酸素富化膜を通過させることにより酸素を濃縮した
   空気を供給することを特徴とする内燃機関における過給
   方法。 ２　吸気経路に酸素富化膜を配したことを特徴とする内
   燃機関における過給装置。 ３　エアークリーナーのエレメントに酸素富化膜を組み
   込んだことを特徴とする請求項２記載の内燃機関におけ
   る過給装置。