JPS58138240A - エンジンの吸気装置 - 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】 本発明は、エンジンの吸気装置に関し、特に空気中の酸
素含有比率を増大させる酸素濃度富化装置を備えたエン
ジンの吸気装置に関するものである〇 一般に、エンジンは、空気に燃料を所定の空燃比で供給
して燃焼させ、この熱エネルギーを軸出力として取出す
ものである。そして、この燃焼に使用される空気は通常
、酸素が約２１９６、窒素が約７８チを占め、残りをア
ルゴン、炭酸ガス、水素等の気体が占めている。そのう
ち、酸素のみが実質的に燃焼に寄与するものであり、大
きな比率を占める窒素は、逆に、吸熱作用を有するため
、燃焼速度を遅らせ燃焼安定性を悪化させて燃焼を阻害
する働きをするものである。

そのため、従来、例えば特開昭５６−５０２５３号公報
に開示されているように、空気中の酸素含有比率を増大
させる酸素濃度富化装置をエンジンに備えて、該酸素濃
度富化装置によって富化された酸素リッチ空気をエンジ
ンに供給することにより、吸入空気の酸素含有比率をで
きるだけ高めてエンジンの燃焼性等の改善を図るように
したものが提案されている。尚、上記酸素濃度富化装置
の原理手法としては、（イ）上記公報に記載の如くシリ
コン系ゴム膜を多層重ねた酸素透過膜を用い、該酸素透
過膜の一方側から空気を送り他方側から吸引して、この
圧力差による酸素と窒素との溶解速度の差により酸素を
多く透過させて酸素リッチ空気を得るいわゆる酸素透過
方法、および（ロ）ベレット状の合成ゼオライトを充填
した容器に空気を加圧して送り、窒素をゼオライトに多
く吸着させ、浮遊した酸素を取出して酸素リッチ空気を
得るいわゆる窒素吸着方法が主に知られている。

ところで、エンジンの冷機時は、エンジン温度が低いた
め、エンジンの燃焼性２着火性が悪いという問題がある
。特に、吸気の充填量の少ない低負荷時にはその傾向が
顕著であった。

そこで、本発明は斯かる点に鑑み、上記酸素濃度富化装
置を用いて、エンジン冷機時、該酸素濃度富化装置によ
って富化された酸素リッチ空気をエンジンに供給するこ
とにより、酸素リッチ空気によって着火および燃焼を良
好に行わせてエンジン冷機時の燃焼性９着火性の改善を
図ることを目的とするものである。

この目的を達成するため、本発明の構成は、上記のよう
な酸素濃度富化装置を備えたエンジンにおいて、エンジ
ンの冷機状態を検出するエンジン温度検出器と、該エン
ジン温度検出器の出力を受けて上記酸素濃度富化装置に
よって富化された酸素リッチ空気をエンジンに供給する
ように制御する制御装置とを備えることにょシ、エンジ
ン冷機時での吸入空気の酸素含有比率を高めるようにし
たものである。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図および第２図は本発明の第１実施例を示す。第１
図において、１はエンジ／、２は一端がエアクリーナ５
を介して大気に開口し他端がエンジン１に開口して通常
の大気（空気）を吸入空気としてエンジン１に供給する
主吸気通路、４は一端が大気に開口し他端がエンジン１
に開口してエンジン１からの排気を排出する排気通路で
ある。

上記主吸気通路２には上流から順に、吸入空気量を検出
する吸入空気量検出器５、吸入空気量を制御するスロッ
トルバルブ６、および燃料を噴射する燃料噴射弁７が配
設されており、上記吸入空気量検出器５は側御回路８を
介して上記燃料噴射弁７に接続されている。尚、９は吸
気弁、１ｏは排気弁、１１は点火栓である。

また、上記吸入空気量検出器５上流の主吸気通路２には
該主吸気通路２を開閉制御する開閉弁１２が配設されて
いる一方、上流端が該開閉弁１２上流の主吸気通路２に
開口し下流端が開閉弁１２下流で吸入空気量検出器５上
流の主吸気通路２に開口して上記開閉弁１２をバイパス
する酸素リッチ空気供給通路１６が主吸気通路２に並設
されている。該酸素リッチ空気供給通路１！１の途中に
は、ケース１４内に収納された円筒形状の酸素透過膜１
５が、その外周部を酸素リッチ空気供給通路１５の上流
側に、内周部を酸素リッチ空気供給通路１５の下流側に
連通せしめて配設されているとともに、該酸素透過膜１
５上流の酸素リッチ空気供給通路１５には送給ポンプ１
６が、また酸素透過膜１５下流の酸素リッチ空気供給通
路１５には吸込ポンプ１７がそれぞれ介設されている。

さらに、上記吸込ポンプ１７下流の酸素リッチ空気供給
通路１５には、該酸素リッチ空気供給通路１６を開閉制
御する酸素濃度制御弁１８が配設され、該酸素濃度制御
弁１８はリンケージ１９を介して上記開閉弁１２と相反
する方向に開閉作動するように連動されている。

さらに、上記酸素透過膜１５の外周部には、一端が大気
に開口した窒素リッチ空気排出通路２゜が連通されてい
るとともに、一端が上記酸素リッチ空気供給通路１５の
吸込ポンプ１７と酸素濃度制御弁１８との間に開口し他
端が上記窒素リッチ空気排出通路２０の途中に開口する
リリーフ通路２１が設けられており、該ＩＪ　リーフ通
路２１の途中にはリリーフ通路２１を開閉制御するリリ
ーフ弁２２が介設されている。

以上により、送給ポンプ１６および吸込ポンプ１７の作
動により生じる酸素透過膜１５の内外周部の圧力差によ
り、該酸素透過膜１５を透過する空気のうち酸素を多く
透過させて空気中の酸素含有比率を増大させ、この酸素
リッチ空気を、酸素濃度制御弁１８の開作動時でがっＩ
Ｊ　ＩＪ−フ弁２２の閉作動時に酸素リッチ空気供給通
路１５を介してエンジン１に供給するようにした酸素濃
度富化装置２６が構成され℃いる。

そして、本発明の特徴として、２４はエンジン冷却水温
によりエンジンの冷機状態を検出するエンジン温度検出
器、２５はスロットルバルブ６の開度によりエンジンの
負荷状態を検出する負荷検出器、２６は主吸気通路２の
吸入空気量検出器５直上流に配設され吸入空気中の酸素
含有比率（酸素濃度）を検出する酸素濃度検出器であっ
て、・これら各検出器２４〜２６は上記制御回路８に入
力接続されている。また、該制御回路８には、上記リン
ケージ１９に連結されて開閉弁１２および酸素濃度制御
弁１８を作動制御する酸素濃度制御装置２７と上記＋Ｊ
　ＩＪ−フ弁２２とが接続されている。

上記制御回路８は、第２図に示すように、吸入空気量検
出器５からの検出信号に基づいて基本噴射量信号をパル
ス信号として出力する基本噴射量決定回路２８と、該基
本噴射量決定回路２８からの基本噴射量信号に応じて燃
料噴射弁７を駆動制御する燃料噴射弁駆動回路２９とを
備え、吸入空気量に応じて燃料噴射弁７からの燃料噴射
量を制また、上記制御回路８には、上記エンジン温度検
出器２４からの検出信号に基づいてエンジンの暖機状態
に相当する暖機状態信号を出力する暖機状態検出回路５
０と、該暖機状態検出回路６０からの暖機状態信号に応
じて上記酸素濃度制御装置２７およびＩＪ　ＩＪ−フ弁
２２を駆動制御する駆動信号を出力する駆動回路！１１
と、上記暖機状態検出回路５０の出力に基づいてエンジ
ン冷却水温（エンジン温度）に応じた目標酸素濃度に゛
相当する基準値信号を設定する基準値設定回路６２と、
該基準値設定回路５２からの基準値信号と上記酸素濃度
検出器２６からのフィードバック信号としての検出信号
とを比較して両者の偏差に応じた偏差信号を出力する比
較器５６と、該比較器６５からの偏差信号を受けて上記
駆動回路５１からの駆動信号を補正して酸素濃度制御装
置２７およびリリーフ弁２２に出力する補正回路６４と
が具備され、上記基準値設定回路５２の目標酸素濃度は
、第３図に示すようにエンジン冷却水温（エンジン温度
）が低いエンジン冷機時には大に、暖機に伴いエンジン
冷却水温が高くなるに従って減少し、暖機完了後エンジ
ン冷却水温が所定値以上になるエンジン温間時には一定
値（通常の空気の酸素濃度値）になるように設定されて
いる。よって、上記補正回路５４からの出力を受けて、
エンジン冷機時には酸素濃度制御装置２７の作動制御に
より開閉弁１２を全閉に閉作動させ酸素濃度制御弁１８
を全開に開作動させるとともにリリーフ弁２２を閉作動
させて、酸素リッチ空気供給通路１６からの酸素リッチ
空気のみをエンジン１に供給し、エンジンが暖機するに
従って酸素濃度制御装置２７によりリンケージ１９を図
で右方へ移動させて開閉弁１２を全閉から開作動させ酸
素濃度制御弁１８を全開から閉作動させることにより、
酸素リッチ空気供給通路１５からの酸素リッチ空気を主
吸気通路２からの通常の空気で希釈させてエンジン１に
供給し、エンジン暖機後の温間時には酸素濃度制御装置
２７により開閉弁１２を全開に開作動させ酸素濃度制御
弁１８を全開に閉作動させるとともにリリーフ弁２２を
開作動させて、主吸気通路２のみから通常の空気をエン
ジン１に供給し、酸素リッチ空気供給通路１５の酸素リ
ッチ空気をリリーフ通路２１を介して窒素リッチ空気排
出通路２０にリリーフするようにした制御装置６５が構
成されている。

したがって、上記第１実施例においては、エンジンの冷
機時には、制御装置Ｓ５によりエンジン温度に応じた酸
素濃度の酸素リッチ空気がエンジン１に供給されること
により、エンジン温度が低いにも拘らず、この酸素リッ
チ空気によって燃料が良好に着火し、かつ良好に燃焼し
て完全燃焼することになり、エンジン冷機時の燃焼性２
着火性を向上させることができる。また、このことによ
り、燃費を改善することができるとともに、完全燃焼に
よりエミッション性能の向上および排気系に介設した排
気浄化装置（図示せず）の保護を図ることができ、さら
に暖機の促進を図ることができる。

一方、エンジン暖機後のエンジン温間時には、制御装置
６５により、酸素リッチ空気の供給は停止されて通常の
空気がエンジン１に供給されることにより、通常のエン
ジンと同様の良好なエンジン性能が確保され、また酸素
リッチ空気の供給によるオーバヒートや過給作用がない
ので、エンジンの耐久性の向上を図ることができる。

第４図は本発明の第２実施例としての制御回路８′を示
しく第１実施例と同一部分については同一の符号を付し
てその説明を省略する。）、エンジンの燃焼性が比較的
悪いエンジンの低負荷時に酸素リッチ空気をエンジンに
供給するものにおいて、さらにエンジンの冷機時にも酸
素リッチ空気をエンジンに供給するようにしたものであ
る。

すなわち、第４図に示す制御回路８′において、５６は
負荷検出器２５からの検出信号に基づいてエンジンの負
荷状態に相当する負荷状態信号を出力する負荷状態検出
回路、５７は該負荷状態検出回路５６からの負荷状態ｍ
１号一応じて酸素濃度制御装置２７およびＩＪ　ＩＪ−
フ弁２２を駆動制御する駆動信”号を出力する駆動回路
、６８は上記負荷状態検出回路５６からの負荷状態信号
に基づいて負荷状態に応じた目標酸素濃度に相当する基
準値信号を設定する基準値設定回路、５９は該基準値設
定回路５８からの基準値信号と酸素濃度検出器２６から
のフィードバック信号としての検出信号とを比較して両
者の偏差に相当する偏差信号を出力する第１比較器、４
０は該第１比較器５９からの偏差信号を受けて上記駆動
回路５７の駆動信号を補正する第１補正回路、４１はエ
ンジン温度検出器２４からの検出信号を基準値と比較し
てエンジン温度が所定値以下のときにエンジン冷機時信
号を出力する第２比較器、４２は該第２比較器４１から
のエンジン冷機時信号を受けて上記第１補正回路４０で
補正された駆動信号をさらに補正して上記酸素濃度制御
装置２７およびＩＪ　ＩＪ−フ弁２２に出力する第２補
正回路であって、上記基準値設定回路５８での目標酸素
濃度は、第５図に示すようにエンジン負荷系増大するに
従って減少するように設定されている。よって、エンジ
ン低負荷時には第１補正回路４０で補正された駆動信号
により酸素濃度制御装置２７を作動制御して開閉弁１２
を全閉に閉作動させ酸素濃度制御弁１８を全開に開作動
させるとともにリリーフ弁２２を閉作動させることによ
り、酸素リッチ空気供給通路１５からの酸素リッチ空気
のみをエンジン１に供給し、エンジン負荷が増大するに
従って開閉弁１２を全閉から開作動させ酸素濃度制御弁
１８を全開から閉作動させることにより、酸素リッチ空
気供給通路１５からの酸素リッチ空気を一主吸気通路２
からの通常の空気で希釈させてエンジン１に供給し、エ
ンジン高負荷時には開閉弁１２を全開に開作動させ酸素
濃度制御弁１８を全開に閉作動させるとともにリリーフ
弁２２を開作動させることにより、主吸気通路２のみか
ら通常の空気をエンジン１に供給し、酸素リッチ空気供
給通路１５の酸素リッチ空気をリリーフ通路２１を介し
てリリーフする一方、さらにはエンジン冷機時は、上記
第１補正回路４０で補正された駆動信号をさらに第２補
正回路４２で補正した信号により酸素濃度制御装置２７
を作動制御して開閉弁１２を閉作動させ酸素濃度制御弁
１８を開作動させるとともにリリーフ弁２２を閉作動さ
せることにより、酸素リッチ空気供給通路１！１からの
酸素リッチ空気をエンジン１に供給するようにした制御
装置！１５′が構成されている。

したがって、本実施例では、燃焼性の比較的悪いエンジ
ン低負荷運転時、酸素リッチ空気がエンジン１に供給さ
れることにより、エンジン低負荷時の燃焼性が改善され
るとともに、エンジン冷機時には酸素リッチ空気がエン
ジン１に供給されて、その燃焼性９着火性が改善される
ので、特に燃焼性の悪いエンジン冷機時での低負荷運転
時に著効を発揮するものである。

尚、上記各実施例では、酸素濃度富化装置２５として酸
素透過法によるものについて述べたが、窒素吸着法によ
るものに対しても適用できるのは勿論である。

また、上記第１実施例ではエンジン温度（エンジンの暖
機状態）の上昇に従って線形的に酸素濃度を減少変化さ
せ、また第２実施例ではエンジン負荷の増大に従って酸
素濃度を線形的に減少変化させるようにしたが、それら
を０Ｎ−ＯＦＦ的に減少変化させるようにしてもよいの
は言うまでもない。

以上説明したように、本発明によれば、酸素濃度富化装
置を備えたエンジンにおいて、エンジンの冷機時に該酸
素濃度富化装置によって富化された酸素リッチ空気をエ
ンジンに供給するようにしだので、エンジン冷機時の燃
焼性９着火性を効果的に向上させることができるととも
に、エンジン温間時でのエンジンの耐久性を併せ確保す
ることができるものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を例示゛し、第１図ないし第３図
は第１実施例を示し、第１図は全体概略構成図、第２図
は制御装置のブロック図、第３図は基準値設定回路での
エンジン冷却水温に対する目標酸素濃度特性を示すグラ
フ、第４図および第５図は第２実施例を示し、第４図は
制御装置のブロック図、第５図は基準値設定回路でのエ
ンジン負荷に対する目標酸素濃度特性を示すグラフであ
る。 １・・エンジン、２・・主吸気通路、５・・吸入空気量
検出器、６・・スロットルバルブ、８．８’・・制御回
路、１２・・開閉弁、１５・・酸素リッチ空気供給通路
、１５・・酸素透過膜、１６・・送給ポンプ、１７・・
吸込ポンプ、１８・・酸素濃度制御弁、２５・・酸素濃
度富化装置、２４・・エンジン温度検出器、２５・・負
荷検出器、２６・・酸素濃度検出器、２７・・酸素濃度
制御装置、５０・・暖機状態検出器、５１・・駆動回路
、５２・・基準値設定回路、６５・・比較器、５４・・
補正回路、５５．５５’・・制御装置、５６・・負荷状
態検出回路、５７・・駆動回路、５８・・基準値設定回
路、Ｓ９・・第１比較器、４０・・第１補正回路、４１
・・第２比較器、４２・・第２補正回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）空気中の酸素含有比率を増大させる酸素濃度富化
   装置を備えたエンジンにおいて、エンジンの冷機状態を
   検出するエンジン温度検出器と、該エンジン温度検出器
   の出力を受けて上記酸素濃度富化装置によって富化され
   た酸素リッチ空気をエンジンに供給するように制御する
   制御装置とを備えたことを特徴とするエンジンの吸気装
   置。