JPH06272629A - 酸素富化部保護装置付き酸素富化空気過給式エンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、酸素富化装置を用いて酸素富化空
気を過給する酸素富化空気過給式エンジンに関し、エン
ジンやポンプの異常運転時等において、酸素富化装置の
酸素富化膜を保護することを目的とする。 【構成】 吸気通路１に連通接続された補助通路２に、
酸素富化手段４と酸素濃度が富化された空気を過給して
吸気通路１へ供給するポンプ９とをそなえた酸素富化空
気過給式エンジンにおいて、酸素富化手段４における上
下流の圧力を検出する圧力検出手段５と、酸素富化部を
破損させる方向の圧力がかかる側の補助通路２に設けら
れた圧力逃がし手段６と、圧力検出手段５によって検出
された酸素富化部を破損させる方向の圧力が酸素富化部
破損条件を満足すると、圧力逃がし手段６による圧力逃
がし動作を行なわせる制御手段７とを設けるように構成
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、酸素富化装置を用いて
酸素富化空気を過給する酸素富化空気過給式エンジンに
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、酸素富化装置を用いて、アイドリ
ング時やエンジン冷態時等に、酸素富化空気を供給しう
るようにしたエンジンが多数提案されている（特開昭５
８−１４０４５１号公報，特開昭５８−１３８２４０号
公報等）。そして、かかる酸素富化空気過給式エンジン
においては、例えば、主吸気通路に接続される補助吸気
通路に、酸素富化装置がポンプとともに配設されてい
る。

【０００３】次に、この酸素富化装置の詳細を図５を用
いて説明すると、この酸素富化装置４は、凸状のバック
アップ体４ａと、このバックアップ体４ａの外壁部４ｂ
を覆うようにしてそなえられた酸素富化膜３とによって
構成されている。ここで、この酸素富化膜３は、空気中
の酸素濃度を富化するものであり、バックアップ体４ａ
は、外力を受けても変形しないで安定した形状を保つも
のであるとともに、空気を通過させることができるもの
である。即ち、バックアップ体４ａは、酸素富化装置４
の下流側（出口側）からポンプによる吸引力を受けて、
上流側（入口側）から下流側へと空気を通過させても、
酸素富化膜３の形状が安定した状態となるようにするた
めのものである。

【０００４】このようなバックアップ体４ａおよび酸素
富化膜３によって酸素富化装置４が構成されることによ
り、図５の実線の矢印に示すように、酸素富化装置４
は、上流側から下流側へと、つまり、補助吸気通路２の
吸気口側からエンジン側へと吸引力が掛かると、上流側
からの空気を、その酸素濃度を富化して下流側へ通過さ
せることができるのである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の酸素富化空気過給式エンジンにおける酸素富
化装置では、エンジンの焼付や異常運転時、あるいはポ
ンプの逆回転時等によって、酸素富化装置の入口側の圧
力よりも出口側の圧力が大きくなるような場合（図５の
点線の矢印を参照）には、酸素富化装置の酸素富化膜が
変形して破裂する（図５の鎖線を参照）おそれがあると
いった課題がある。

【０００６】本発明は、このような課題に鑑み創案され
たもので、エンジンの焼付や異常運転時、あるいはポン
プの逆回転時等によって、例えば、酸素富化装置の入口
側の圧力よりも出口側の圧力が大きくなった場合に、酸
素富化装置の酸素富化膜を保護できるようにした、酸素
富化部保護装置付き酸素富化空気過給式エンジンを提供
することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このため、本発明の酸素
富化部保護装置付き酸素富化空気過給式エンジンは、吸
気通路に連通接続された補助通路に、大気中の酸素濃度
を富化させる酸素富化部をもった酸素富化手段と、該酸
素富化手段で酸素濃度が富化された空気を過給して該吸
気通路へ供給するポンプとをそなえた酸素富化空気過給
式エンジンにおいて、該酸素富化手段における上下流の
圧力を検出する圧力検出手段と、該酸素富化部を破損さ
せる方向の圧力がかかる側の補助通路に設けられた圧力
逃がし手段と、該圧力検出手段によって検出された該酸
素富化部を破損させる方向の圧力が酸素富化部破損条件
を満足すると、該圧力逃がし手段による圧力逃がし動作
を行なわせる制御手段とが設けられたことを特徴として
いる。

【０００８】

【作用】上述の本発明の酸素富化部保護装置付き酸素富
化空気過給式エンジンでは、吸気通路に連通接続された
補助通路において、酸素富化部をもった酸素富化手段に
よって、大気中の酸素濃度が富化される。そして、酸素
富化手段によって酸素濃度が富化された空気は、ポンプ
で過給されて吸気通路へ供給される。

【０００９】又、このとき、酸素富化手段における上下
流の圧力が、圧力検出手段によって検出されており、そ
の情報から、制御手段は、酸素富化部を破損させる方向
の圧力が酸素富化部破損条件を満足することを確認する
と、圧力逃がし手段による圧力逃がし動作を行なわせ
る。即ち、補助通路の圧力逃がし手段によって、酸素富
化部を破損させる方向の圧力が逃がされるのである。

【００１０】

【実施例】以下、図面により、本発明の実施例について
説明すると、図１〜図４は、本発明の一実施例としての
酸素富化部保護装置付き酸素富化空気過給式エンジンを
示すもので、図１はその全体構成を示すブロック図、図
２はその酸素富化装置，圧力逃がし弁，ソレノイドバル
ブの構成および作用を説明する模式図、図３は酸素濃度
と吸引圧力および流量変化率の関係を説明する図、図４
は酸素濃度と温度および流量変化率の関係を説明する図
である。尚、本例中において、従来例におけるものと同
じものに関しては、同じ符号を使用している。

【００１１】さて、図１におけるエンジン１７は、その
排気通路３０に、上流側から順にＯ ₂ センサ１９，触媒
コンバータ２０および図示しないがマフラをそなえてい
る。又、エンジン１７の吸気通路としては、主吸気通路
（吸気通路）１とこれに連通接続された補助吸気通路
（補助通路）２との２つの通路がそなえられており、主
吸気通路１には、その上流側から順に、エアクリーナー
１１，エアフローセンサ１２が配設されている。又、補
助吸気通路２には、その上流側から順に、酸素富化装置
（酸素富化手段）４，圧力逃がし弁（圧力逃がし手段）
６，ソレノイドバルブ８，ポンプ９が配設されている。

【００１２】そして、上記のエアフローセンサ１２およ
びポンプ９の下流側における主吸気通路１と補助吸気通
路２との接続部には、エアクリーナー１１から送られて
来るエンジン１７のメインの吸気と、酸素富化装置４と
から送られて来る酸素濃度を富化されたサブの吸気とを
取り入れて両者を混合する混合部１３が配設されてお
り、この混合部１３の下流の配管がエンジン１７に接続
されている。又、エンジン１７の吸気ポートには、燃料
噴射用のインジェクタ１８が設けられている。

【００１３】ところで、酸素富化装置４は、図２に示す
ように、凸状のバックアップ体４ａと、このバックアッ
プ体４ａの外壁部４ｂを覆うようにしてそなえられた酸
素富化膜（酸素富化部）３とによって構成されている。
ここで、酸素富化膜３は、空気中の酸素濃度を富化する
もので、つまり、空気を通過させる際に空気中の酸素の
みを積極的に透過させ、通過した空気の酸素の含有率を
通過前のそれよりも多くするものである。

【００１４】又、バックアップ体４ａは、酸素富化装置
４の下流側（出口側）からポンプ９による吸引力を受け
ても、変形しないで安定した形状を保てるものであると
ともに、空気を通過させることができるものである。即
ち、バックアップ体４ａは、酸素富化装置４の下流側か
ら吸引力を受けて、上流側（入口側）から下流側へと空
気を通過させても、酸素富化膜３の形状が安定した状態
となるようにするためのものである。

【００１５】このようなバックアップ体４ａおよび酸素
富化膜３によって、酸素富化装置４が構成されること
で、酸素富化装置４は、空気中の酸素濃度を富化するこ
とが可能となっている。尚、酸素富化膜３から吐出され
る空気の酸素濃度および流量は、図３に示すように、差
圧（吸引圧力（ｍｍＨｇ））に比例している。又、酸素
富化膜３から吐出される空気の酸素濃度および流量は、
図４に示すような温度特性を持つ。尚、酸素富化膜３と
しては、平膜タイプ，スパイラルタイプ，ホロスコープ
タイプ等、種々のタイプのものの使用が可能である。

【００１６】ソレノイドバルブ８は、ＥＣＵ（制御手
段）７の制御によって開閉を行なうバルブであり、ポン
プ９と酸素富化装置４との間の補助吸気通路２に設けら
れていることにより、バルブ開時には、ポンプ９と酸素
富化装置４との間の空気を上流側から下流側へと通過さ
せ（図２のバルブ８付近の実線を参照）、バルブ閉時に
は、その流れを遮断するものである（図２のバルブ８付
近の点線を参照）。

【００１７】圧力逃がし弁６は、ＥＣＵ７の制御によっ
て開閉を行なう弁であり、酸素富化装置４の下流側の圧
力よりも上流側の圧力が大きい場合には、閉じているが
（図２の圧力逃がし弁６付近の実線を参照）、エンジン
の焼付や異常運転時あるいはポンプ９の逆回転時等によ
って、酸素富化装置４の上流側の圧力よりも下流側の圧
力が大きくなるような場合には、酸素富化装置４の下流
側に掛かる過剰な圧力分の空気を外部へ逃がし（図２の
圧力逃がし弁６付近の点線を参照）、上流側の圧力と下
流側の圧力との差を等しいものとするものである。

【００１８】ポンプ９は、ＥＣＵ７の制御に応じて酸素
富化装置４の下流側を負圧にして、空気を酸素富化装置
４の上流側から下流側へ通過させるものである。更に、
このエンジン１７には、制御系としてＥＣＵ７がそなえ
られており、このＥＣＵ７には、空燃比や点火時期の制
御あるいは、ポンプ９やバルブ８，圧力逃がし弁６の制
御のための情報を得るために、エアクリーナー１１から
の吸入空気量を検出するエアフローセンサ１２，空燃比
のリッチ／リーン信号を検出するＯ₂ センサ１９，クラ
ンク軸の回転角度を検出するクランク角センサ２２，エ
ンジン１７の冷却水温を検出する水温センサ２３，吸入
空気の吸気温度を検出する吸気温センサ２４，大気圧を
検出する大気圧センサ２５と、バッテリ電圧を検出する
バッテリ電圧センサ２６，酸素富化装置４の上流直近お
よび下流直近に設けられた圧力検知部５ａ，５ｂからの
各圧力情報の差圧を求める差圧センサ（圧力検出手段）
５等の検出信号が入力されるようになっている。

【００１９】次に、ＥＣＵ７によるバルブ８，圧力逃が
し弁６の制御およびポンプ９の制御について説明する。
まず、このＥＣＵ７は、差圧センサ５からの差圧情報に
より、酸素富化装置４の下流側の圧力よりも上流側の圧
力が大きくなることが予測されると、ポンプ９と酸素富
化装置４との間のソレノイドバルブ８を開いた状態から
閉じた状態へと制御するとともに、圧力逃がし弁６を閉
じた状態から開いた状態へと制御するようになってい
る。言い換えると、ＥＣＵ７は、エンジン１７側から酸
素富化装置４に逆圧が掛かる場合のみ、つまり、酸素富
化膜３を破損させる方向の圧力が酸素富化膜破損条件を
満足することが予測されると、ソレノイドバルブ８を閉
じるとともに圧力逃がし弁６を開口するようになってい
るのである。尚、酸素富化膜破損条件を満足することが
予測される条件とは、下流側の圧力が高まって来て上流
側の圧力との差が減少し、その差がスレッショルド値を
割ることである。

【００２０】又、ＥＣＵ７は、先に述べた図３に示され
る、酸素富化膜３から吐出される空気の酸素濃度および
空気の流量と、吸引圧力（酸素富化装置４の上流側圧力
と下流側圧力との差圧）の関係をマップしたメモリを有
している。このような、上記のマップに登録した情報と
差圧センサ５からの情報とにより、ＥＣＵ７は、酸素濃
度および空気の流量を求め、これらから、酸素富化装置
４から吐出される空気中の酸素量を求めるようになって
いる。

【００２１】そして、ＥＣＵ７は、その時のエンジンの
状態を示す各情報とエンジンへの制御情報とに基づい
て、必要とされる酸素量を求め、この値に等しくなるよ
うに、酸素富化装置４からの酸素量を補正するようにな
っている。つまり、ＥＣＵ７は、上記のマップから、必
要とされる酸素量を得るための適正な吸引圧力を求め、
この吸引圧力が得られるように、ポンプ９を制御するよ
うになっている。

【００２２】尚、ＥＣＵ７において、図３のマップの他
に、図４のマップをＥＣＵ７のメモリに登録して、これ
らの情報と酸素富化装置４から吐出される空気の温度情
報とから、酸素富化装置４から吐出される酸素濃度およ
び空気の流量を求めて、温度補正を施した状態でポンプ
９の制御を行なうようにしてもよい。あるいは、ＥＣＵ
７において、ポンプ９の制御用の情報を得るためのセン
サとして、酸素富化装置４の下流側に差圧センサ５とは
別に、酸素富化装置４が吐出した空気の量を測定する測
定器と酸素濃度計とを設けて、これらの情報に基づい
て、ポンプ９の制御を行なうようにしてもよい。尚、こ
の場合は、図３，４で示した特性を利用する必要は特に
無い。

【００２３】上述の構成により、酸素富化部保護装置付
き酸素富化空気過給式エンジンでは、エアクリーナー１
１から送り込まれた空気が混合部１３へ送られる。又、
ＥＣＵ７は、各センサよりの情報および、図３の酸素濃
度および流量と差圧の特性情報とにより、ポンプ９の吸
引力を制御する。この結果、ポンプ９の駆動により発生
する酸素富化装置４の下流側の圧力に応じて、酸素富化
装置４を通過する空気が酸素富化される。そして、この
酸素富化された空気は混合部１３に送られて、上記エア
クリーナー１１から吸入された空気と混合されてから、
エンジン１７へ送り込まれる。

【００２４】又、各センサよりの情報により、ＥＣＵ７
はインジェクタ１８の駆動時間を制御し、ＥＣＵ７から
の制御信号を受けたインジェクタ１８が、それに従って
駆動することにより適量の燃料が噴射される。そして、
所望のタイミングで点火プラグがスパークすることによ
って、エンジン１７の燃焼室内に送り来まれた燃料が燃
焼することによりピストンが押され、エンジン１７から
駆動力が得られるのである。

【００２５】このような要領で、エンジン１７に吸入さ
れる空気に含まれる酸素を富化することができるので、
エンジン出力およびエンジン出力トルクが効率良く上昇
するのである。そして又、エンジンの焼付や異常運転時
あるいはポンプ９の逆回転時等によって、酸素富化装置
４の上流側の圧力よりも下流側の圧力が大きくなる場合
（図２の点線を参照）には、以下の処理が行なわれる。

【００２６】即ち、圧力検知部５ａ，５ｂからの圧力情
報から、差圧センサ５によって、酸素富化装置４の上流
側と下流側の差圧情報が求められるが、この差圧は正常
時には、下流側の圧力よりも上流側の方が大きい。しか
し、上記の理由により、上流側の圧力よりも下流側の圧
力の方が大きくなるような場合には、まず、その前兆と
して下流側の圧力が高まって来て、上流側の圧力との差
が減少して来る。

【００２７】そして、差圧がスレッショルド値以下に減
少すると、その情報を得たＥＣＵ７の制御によってソレ
ノイドバルブ８が閉じられる。これにより、混合部１３
側から酸素富化装置４へ向かう空気の流れが遮断される
のである（図２のバルブ８付近の点線を参照）。これと
ともに、ＥＣＵ７によって圧力逃がし弁６が開口され
て、酸素富化装置４の下流側の空気の過剰分を外部へ逃
がし（図２の圧力逃がし弁６付近の点線を参照）、上流
側の圧力と下流側の圧力との差を等しいものとする。

【００２８】このようにして、逆圧状態となることを予
測して、予めソレノイドバルブ８を閉口するとともに圧
力逃がし弁６を開口することにより、逆圧状態となって
も下流側から上流側へと掛かる負荷を酸素富化装置４に
与えることが無くなる。この結果、酸素富化装置４は、
その酸素富化膜３を破損させることを免れるので、長寿
命化を図ることができ、ランニングコスト的にも優れた
効果が得られる。

【００２９】尚、本例では、酸素富化膜３の破損条件を
回避するために、酸素富化装置４の下流側に圧力逃がし
弁６およびソレノイドバルブ８を配設したが、これらの
装置の代わりに、圧力逃がし弁６とソレノイドバルブ８
の両機能を有する三方切り換え弁を使用してもよい。

【００３０】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の酸素富化
部保護装置付き酸素富化空気過給式エンジンによれば、
吸気通路に連通接続された補助通路に、大気中の酸素濃
度を富化させる酸素富化部をもった酸素富化手段と、該
酸素富化手段で酸素濃度が富化された空気を過給して該
吸気通路へ供給するポンプとをそなえた酸素富化空気過
給式エンジンにおいて、該酸素富化手段における上下流
の圧力を検出する圧力検出手段と、該酸素富化部を破損
させる方向の圧力がかかる側の補助通路に設けられた圧
力逃がし手段と、該圧力検出手段によって検出された該
酸素富化部を破損させる方向の圧力が酸素富化部破損条
件を満足すると、該圧力逃がし手段による圧力逃がし動
作を行なわせる制御手段とが設けられているので、酸素
富化部の破損を確実に防止することができ、これによ
り、酸素富化部の長寿命化を図れる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例としての酸素富化空気過給型
エンジンの全体構成を示すブロック図である。

【図２】酸素富化装置，圧力逃がし弁，ソレノイドバル
ブの構成および作用を説明する模式図である。

【図３】酸素濃度と吸引圧力および流量変化率の関係を
説明する図である。

【図４】酸素濃度と温度および流量変化率の関係を説明
する図である。

【図５】従来例における酸素富化空気過給式エンジンの
酸素富化装置を示す模式図である。

【符号の説明】

１ 主吸気通路（吸気通路） ２ 補助吸気通路（補助通路） ３ 酸素富化膜（酸素富化部） ４ 酸素富化装置（酸素富化手段） ４ａ バックアップ体 ４ｂ 外壁部 ５ 差圧センサ（圧力検出手段） ５ａ，５ｂ 圧力検知部 ６ 圧力逃がし弁（圧力逃がし手段） ７ 制御手段（ＥＣＵ） ８ ソレノイドバルブ ９ ポンプ １１ エアクリーナー １２ エアフローセンサ １３ 混合部 １７ エンジン １８ インジェクタ １９ Ｏ₂ センサ ２０ 触媒コンバータ ２２ クランク角センサ ２３ 水温センサ ２４ 吸気温センサ ２５ 大気圧センサ ２６ バッテリ電圧センサ ３０ 排気通路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸気通路に連通接続された補助通路に、 大気中の酸素濃度を富化させる酸素富化部をもった酸素
   富化手段と、 該酸素富化手段で酸素濃度が富化された空気を過給して
   該吸気通路へ供給するポンプとをそなえた酸素富化空気
   過給式エンジンにおいて、 該酸素富化手段における上下流の圧力を検出する圧力検
   出手段と、 該酸素富化部を破損させる方向の圧力がかかる側の補助
   通路に設けられた圧力逃がし手段と、 該圧力検出手段によって検出された該酸素富化部を破損
   させる方向の圧力が酸素富化部破損条件を満足すると、
   該圧力逃がし手段による圧力逃がし動作を行なわせる制
   御手段とが設けられたことを特徴とする、酸素富化部保
   護装置付き酸素富化空気過給式エンジン。