JPH04101057A - 酸素富化空気供給装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は酸素富化空気供給装置に係り、特に大型バッ
テリの装備や内燃機関の出力増大を招くことなく酸素富
化空気生成機構に圧力を作用させるためのポンプ機構を
駆動し得て、これによりコストの低減や燃料消費率の向
上を果たし得る酸素富化空気供給装置に関する。

〔従来の技術〕

内燃機関には、出力の向上を図るために、ターボチャー
ジャやスーパーチャージャ等を設けたものかあ。ターボ
チャージャ等は、供給する空気量を増大させることによ
り、出力の向上を図っている。しかし、ターボチャージ
ャ等を設けることは、コストの上昇を招く問題があると
ともに、供給する空気量の増大により燃料消費率の低下
を招く問題がある。

また、内燃機関の出力向上を図るものとしては、近時、
酸素富化空気生成機構により空気中の酸素濃度を高めた
酸素富化空気を生成し、この酸素富化空気を内燃機関に
供給する酸素富化空気供給装置が提案されている。しか
し、内燃機関の全ての負荷運転時において要求される酸
素富化空気量を供給しようとすると、大型の酸素冨化空
気供給装置を必要とする問題がある。

そこで、この発明の出願人は、内燃機関の吸気絞り弁が
所定開度未満の際に酸素富化空気生成機構により生成し
た酸素富化空気を貯留タンクに貯留し、内燃機関の吸気
絞り弁が所定開度以上となった際に貯留タンクに貯留し
た酸素富化空気を内燃機関に供給する酸素富化空気供給
装置を、既に出願している（特願平１−２８３４５４号
）。

この酸素富化空気供給装置によれば、装置の小型化・軽
量化を図り得るとともに内燃機関の駆動損失を低減でき
、また、発進時や急加速時等のように大きな出力の要求
される運転時の出力向上を図り得て、要求される性能を
満足することができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、酸素富化空気供給装置の酸素富化空気生成機
構は、上流側と下流側との圧力差により酸素富化空気を
生成する。そこで、従来の酸素富化空気供給装置は、圧
力差を生じさせるために、酸素富化機構に圧力を作用さ
せるポンプ機構を設けている。このポンプ機構は、例え
ば、バフテリを駆動源とするモータ等のポンプ駆動機構
により駆動される。

ところが、ポンプ駆動機構としてバフテリを駆動源とす
るモータを設けると、バッテリの電気エネルギの消費増
大を招くことにより、容量の大きな大型バッテリを装備
しなければならない問題を生じるとともに、バッテリの
充電量を増大させるために内燃機関の出力を増大させな
ければならない問題を生じることになる。

このため、大型バッテリの装備によりコストの上昇を招
く不都合があるばかりでなく、内燃機関の出力増大によ
り燃料消費率の低下を招く不都合がある。

〔発明の目的〕

そこで、この発明の目的は、大型バッテリの装備や内燃
機関の出力増大を招（ことなく酸素富化空気生成機構に
圧力を作用させるためのポンプ機構を駆動し得て、これ
によりコストの低減や燃料消費率の向上を果たし得る酸
素富化空気供給装置を実現することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

この目的を達成するためにこの発明は、内燃機関に供給
する酸素富化空気を生成する酸素富化空気生成機構とこ
の酸素富化空気生成機構に圧力を作用させて酸素富化空
気を生成させるポンプ機構と前記酸素富化空気生成機構
により生成された酸素富化空気を貯留する貯留タンクと
前記内燃機関の吸気絞り弁が所定開度以上となった際に
前記貯留タンクに貯留された酸素富化空気を前記内燃機
関に供給すべく開放動作される弁機構とを備えた酸素富
化空気供給装置において、前記ポンプ機構を駆動すべく
前記内燃機関の吸気負圧を駆動源とするポンプ駆動機構
を設けたことを特徴とする。

〔作用〕

この発明の構成によれば、酸素富化空気生成機構に圧力
を作用させて酸素富化空気を生成させるポンプ機構を駆
動すべく、内燃機関の吸気負圧を駆動源とするポンプ駆
動機構を設けたことにより、吸気負圧の変化を利用して
ポンプ機構を駆動し得て、ポンプ駆動機構としてバッテ
リを駆動源とするモータを設ける場合のように、バッテ
リの電気エネルギの消費増大を招くことがない。

〔実施例〕

次にこの発明の実施例を図に基づいて詳細に説明する。

第１・２図は、この発明の実施例を示すものである。第
１図において、２は内燃機関である。内燃機関２の燃焼
室４に連通ずる吸気通路６には、図示しない燃料系より
燃料が供給される。吸気通路６に供給された燃料は、空
気と混合されて吸気絞り弁８により調量され、吸気弁１
０を設けた吸気ポー１−１２から燃焼室４に吸入され、
燃焼によりピストン１４を駆動する。燃焼室４で燃焼生
成された排気は、排気弁１６を設けた排気ポート１８か
ら排気通路２０を介して外部に排出される。

この内燃機関２に酸素富化空気を供給する酸素富化空気
供給装置は、酸素富化空気を生成する酸素富化空気生成
機構２２と、この酸素富化空気生成機構２２に圧力とし
て吸引圧力を作用させて酸素冨化空気を生成させるポン
プ機構２４と、前記酸素富化空気生成機構２２により生
成された酸素富化空気を貯留する貯留タンク２６と、前
記内燃機関２の吸気絞り弁８が所定開度以上となった際
に前記貯留タンク２６に貯留された酸素富化空気を前記
内燃機関２に供給すべく開放動作される弁機構２８と、
を備えている。

前記酸素富化空気生成機構２２は、空気中の酸素を選択
的に分離して透過させる酸素分離膜等の酸素富化空気住
成体３０を設けている。

前記ポンプ機構２４は、第２図に示す如く、本体３２内
に作動体であるダイヤフラム３４を設け、このダイヤフ
ラム３４の一側にポンプ室３６を区画して設けている。

このポンプ機構２４は、作動体であるダイヤフラム３４
の往復動によりポンプ室３６を拡縮してポンプ機能を果
す。ポンプ室３６には、吸入ポート３８及び吐出ポート
４０を設けるとともに、これら吸入ポート３８及び吐出
ポート４０を開閉する吸入弁４２及び吐出弁４４を設け
ている。吸入ポート３８は、吸入通路４６により酸素富
化空気生成機構２２に連通されている。吐出ポート４０
は、吐出通路４８により貯留タンク２６に連通されてい
る。

前記貯留タンク２６は、供給通路５０により前記内燃機
関２の吸気ポート１２直上流箇所の吸気通路６に設けた
ノズル５２に連通されている。供給通路５０には、内燃
機関２の吸気絞り弁８が所定開度以上となった際に、貯
留タンク２６に貯留した酸素富化空気を内燃機関２に供
給すべく開放動作される弁機構２８を設けている。この
弁機構２８は、例えば、吸気絞り弁８が所定開度以上と
なったことを検出する開度スイフチ（図示せず）により
、開閉動作を制御することができる。あるいは、吸気絞
り弁８の開度を検出する開度センサ（図示せず）からの
開度信号を入力する図示しない制御手段により、開閉動
作を制御することができる。

また、前記供給通路５０には、貯留タンク２６と弁機構
２８との間に、内燃機関２に供給する酸素富化空気の圧
力を所定圧に調整するレギュレータ５４と、内燃機関に
供給する酸素富化空気の流量を所定量に調整するジェッ
ト５６と、を設けている。

なお、符号５８は、貯留タンク２６内が過剰圧力となら
ないように、一定圧に調整する調整弁である。

これにより、この酸素富化空気供給装置は、吸気絞り弁
８が所定開度以上となった際に内燃機関２に酸素負荷空
気を供給することにより、装置の小型化・軽量化を図り
得るとともに内燃機関２の駆動損失を低減でき、また、
発進時や急加速時等のように大きな出力の要求される運
転時の出力向上を図り得て、要求される性能を満足する
ことができる。

このような酸素富化空気供給装置において、前記ポンプ
機構２４を駆動すべく、内燃機関２の吸気負圧を駆動源
とするポンプ駆動機構６０を設けている。

ポンプ駆動機構６０は、第２図に示す如く、ポンプ機構
２４と一体的に設けられている。即ち、本体３２内に設
けられた作動体であるダイヤフラム３４の他側に圧力室
６２を区画して設けている。

この圧力室６２には、ダイヤフラム３４をポンプ室３６
側に押圧する押圧ばね６４を設けている。

また、圧力室６２には、導圧通路６６の一端側を連通し
て設ける。この導圧通路６６の他端側は、圧力室６２に
内燃機関２の吸気負圧を導入すべく、吸気通路６に連通
して設ける。

この実施例においては、導圧通路６６の他端側は、前記
供給通路５０の弁機構２８よりも下流側の合流点６８に
連通して設けでいる。このように、導圧通路６６を供給
通路５０に連通して設けることにより、吸気系にパワー
ジェット用通路を設けた内燃機関においては、導圧ｉｌ
ｌ路６６及び供給通路５０をパワージェット用通路と共
用して設けることができる。

次に作用を説明する。

内燃機関２は、稼動により吸気通路６に吸気負圧を生じ
る。このとき、内燃機関２は、例えば、吸気絞り弁８が
所定開度未満で車両を走行中に、特に、吸気絞り弁８が
低開度で高回転の一般走行中（例えば、６０ｋｉａ／ｈ
以下で定速走行中）に、強い吸気負圧を発生する。また
、この吸気負圧は、内燃機関２の燃焼室４の吸排気によ
り変化する。

この吸気負圧は、ノズル５２から供給通路５０に伝播す
る。供給通路５０に設けた弁機構２８は、吸気絞り弁８
が所定開度未満であるので、閉鎖動作されている。した
がって、吸気負圧は、供給通路５０の合流点６８から導
圧通路６６を介してポンプ駆動機構６０の圧力室６２に
伝播される。ポンプ駆動機構６０は、圧力室６２に伝播
された変化する吸気負圧と押圧ばね６４とによりダイヤ
フラム３４を往復動させてポンプ室３６を拡縮し、ポン
プ機構２４を駆動する。

このポンプ機構２４の駆動により生じた吸引圧力は、吸
入通路４６を介して酸素富化空気生成機構２２に作用さ
れ、吸入通路４６側に酸素富化空気を生成する。この酸
素富化空気は、吐出通路４８を介して貯留タンク２６に
導入され、貯留される。

したがって、内燃機関２の吸気絞り弁８が所定開度未満
で車両を走行中に、吸気負圧によってポンプ駆動機構６
０によりポンプ機構２４を駆動し、貯留タンク２６に酸
素富化空気を充分に貯留することができる。

発進時や急加速時等のように内燃機関２の吸気絞り弁８
が所定開度以上となった際には、弁機構２８が開放動作
されて貯留タンク２６に貯留した酸素富化空気をノズル
５２より噴出して内燃機関２に供給する。

なお、このとき、ノズル５２から噴出される酸素富化空
気は、レギュレータ５４及びジェット５６により所定圧
・所定量に調整されて内燃機関２に供給される。

これにより、発進時や急加速時等のように大きな出力の
要求される運転時における内燃機関２の出力向上を図る
ことができることにより、要求される性能を満足するこ
とができる。即ち、Ｆ　＝ｋ　（Ｏｚ＋／　０ｚｏ）　
＝ｍα（ただし、α＝Ｋ（０□１１０□。））とした場
合に、約２５％、。、濃度の酸素富化空気が得られたと
すると、２０％程度の加速向上を実現することができる
。

このように、酸素富化空気生成機構２２に圧力を作用さ
せて酸素富化空気を生成させるポンプ機構２４を駆動す
べく、内燃機関２の吸気負圧を駆動源とするポンプ駆動
機構６０を設けたことにより、従来のポンプ駆動機構と
してバッテリを駆動源とするモータを設ける場合のよう
に、バッテリの電気エネルギの消費増大を招くことがな
い。

このため、バッテリの電気エネルギの消費増大に対する
大型バッテリの装備の問題や、また、バッテリの充電量
の増大に対する内燃機関２の出力増大の問題を回避する
ことができる。これにより、大型バフテリの装備や内燃
機関２の出力増大を招くことなく、酸素富化空気生成機
構２２に圧力を作用させるためのポンプ機構２４を内燃
機関２の吸気負圧の変化を利用して駆動することができ
、大型バッテリを装備を不要とし得ることによりコスト
の低減を果たし得て、内燃機関２の出力増大を不要とし
得ることにより燃料消費率の向上を果たすことができる
。

なお、導圧通路６６及び供給通路５０をパワージェット
用通路と共用して設けることにより、コストの低減を果
すことができる。

〔発明の効果〕

このように、この発明によれば、酸素富化空気生成機構
に圧力を作用させて酸素富化空気を生成させるポンプ機
構を駆動すべ、く、内燃機関の吸気負圧を駆動源とする
ポンプ駆動機構を設けたことにより、ポンプ駆動機構と
してバッテリを駆動源とするモータを設ける場合のよう
に、バッテリの電気エネルギの消費増大を招くことがな
い。

このため、ハフテリの電気エネルギの消費増大に対する
大型バッテリの装備の問題や、また、バフテリの充電量
の増大に対する内燃機関の出力増大の問題を回避するこ
とができる。これにより、大型バッテリの装備や内燃機
関の出力増大を招くことなく酸素富化空気生成機構に圧
力を作用させるためのポンプ機構を吸気負圧の変化を利
用して駆動し得て、コストの低減や燃料消費率の向上を
果たすことができる。

【図面の簡単な説明】 第１・２図はこの発明の実施例を示し、第１図は酸素富
化空気供給装置の概略構成図、第２図はポンプ機構及び
ポンプ駆動機構の要部拡大図である。 図において、２は内燃機関、４は燃焼室、６は吸気通路
、８は吸気絞り弁、１６は排気弁、２０は排気通路、２
２は酸素富化空気生成機構、２４はポンプ機構、２６は
貯留タンク、２８は弁機構、３０は酸素富化空気生成体
、３４はダイヤフラム、３６はポンプ室、３８は吸入ポ
ート、４０は吐出ポート、４２は吸入弁、４４は吐出弁
、４６は吸入通路、４８は吐出通路、５０は供給通路、
　５２はノズル、５４はレギュレータ、５６はジェット
、５８は調整弁、６０はポンプ駆動機構、　６２は圧力
室、６４は押圧ばね、６６は導圧通路、６８は合流点で
ある。 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、内燃機関に供給する酸素富化空気を生成する酸素富
   化空気生成機構とこの酸素富化空気生成機構に圧力を作
   用させて酸素富化空気を生成させるポンプ機構と前記酸
   素富化空気生成機構により生成された酸素富化空気を貯
   留する貯留タンクと前記内燃機関の吸気絞り弁が所定開
   度以上となった際に前記貯留タンクに貯留された酸素富
   化空気を前記内燃機関に供給すべく開放動作される弁機
   構とを備えた酸素富化空気供給装置において、前記ポン
   プ機構を駆動すべく前記内燃機関の吸気負圧を駆動源と
   するポンプ駆動機構を設けたことを特徴とする酸素富化
   空気供給装置。