JPS58160527A - エンジンの燃焼促進装置 - 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燃焼促進装置に関する。

従来、エンジンの燃費改善や高出力化を目的としてエン
ジンの燃焼室形状や吸排気系統を改良したり、燃料供給
系統の改善あるいは過給機の付設など種々性なわれてい
たが、最近、この種の技術は急速な進歩をとげ、これら
の物理的手法だけではもはや大−なエンジンの改善は望
めなくなシつつある。

他方、空気の組成は酸素が約２１％、窒素が約７８％で
ほぼ一定であるが−この空気中の酸素含有率を増大させ
る酸素濃度富化装置により１通常よりも酸素含有量の多
い酸素リッチ空気を燃焼用空気としてエンジンに供給し
、高温下で燃焼させることが、例えば、特開昭５６−５
０２５８号公報により提案されている。この方法は過給
機のように物理的に燃焼用空気を増大させる手法と異な
り、燃焼用空気の組成そのものを変えて化学的に燃焼性
を向上させるものではあるが一現状は化学的手法をエン
ジンに適用する端緒が開かれたばかりである。

本発明は、これらの問題に鑑みてなされたもので、エン
ジンの燃費改善ならびに高出力化を計ることのできる′
礁焼促進装置を提供することを目的とし、その要旨は、
空気中の酸素含有比率を増大させる酸素濃度富化装置と
、該酸素濃度富化装置によって富化された酸素リッチ空
気をエンジンの少々くとも高負荷状態で供給する酸素リ
ッチ空気供給装置と、エンジンの高負荷時、吸入空欠に
対する燃料の供給比率を増大させる制御装置とを備えた
エンジンの燃焼促進装置にある。

以下１本発明の実施例を示す添付の図面を参照して具体
的に説明する。

第１図は本発明に係る燃焼促進装置をディーゼルエンジ
ンに適用した例を示し、１はエンジン。

２は燃料噴射弁、４は噴射弁２に燃料を圧送する燃料噴
射ポンプ、１０はエアクリーナ、１３は酸素濃度富化装
置で、エアクリーナ１０とエンジンの吸気ポート８とを
連通させる吸気管１１に並列接続された分岐管１２ａ、
１２ｂに配設されている。この酸素濃度富化装置１３は
、酸素のみ若しくは窒素よりも酸素を透過させる材料、
例えば。

シリコンゴムから成る酸素透過膜１４を内蔵し。

空気を装置内に導入する空気導入口１５と、酸素濃度の
高い空気を排出する酸素リッチ空電取出口１６と、窒素
濃度の高い空気を排出する窒素リッチ空気排出口１７と
を有している。吸気管１１と空気導入口１５とを結ぶ入
口側分岐管１２ｍおよび酸素リッチ空気取出口１６と吸
気管１１とを結ぶ取出側分岐管１２ｂには、それぞれポ
ンプＰ１゜Ｐ２が配設され、取出口１６と窒素リッチ空
気排出口１７とはリリーフ弁１８を有するバイパス流路
１９により接続されている。

吸気管１１と分岐管１２には、ノーマル空気または酸素
リッチ空気の通過面積を増減するバルブ２０．２１かそ
れぞれ配設され１両バルブは相互に開閉動作が反対の関
係にあって連動し、駆動モータ２２により駆動される。

この駆動モータ２２は制御装置２８により制御され一少
なくとも高負荷時、パルプ２１を開き−その開角度に比
例して閉じられたバルブ２０を通って吸気ポート３に供
給されるノーマル空電に、酸素濃度富化装置１３から排
出される酸素リッチ空気を混合させ、エンジン１に酸素
濃度がノーマル空電よりも高い燃焼用空電を供給する。

この燃焼用空気の酸素濃度を検出する酸素センサ２４が
吸入ポート３に連なる流路に配設され、その検出信号は
制御装置２３に入力される。

制御装置、２８は、第２図に示すように、エンジンの負
荷状態を検出する負荷センサ２６の出力信号を、予め設
定された負荷に対応する基準電圧ＶＯＩと比較してその
大小を判別する判別回路２６と、その判別回路２６から
の出力信号にょシモータ２２、ソレノイド９およびリリ
ーフ弁１８を駆動する駆動回路２７から基本的に構成さ
れ、負荷に対して酸素濃度が適正値からずれている場合
に・それを補正する補正回路２８を有し、この補正回路
２８は酸素センサ２４の出力信号と予め設定された基準
電圧Ｖｏ　２とを比較する比較器２９からの出力信号に
よりｌＩ−される。従って、この制御系は全体としてフ
ィードバック制御を行なう。

前記構成の燃焼促進装置を用いて、エンジン１を運転す
る場合、低負荷時、パルプ２０は全開。

バルブ２１は全閉の状態にあり、リリーフ弁１８は開状
態にしである。なお、ポンプＰ１．　Ｐ、は負荷の如何
にかかわらず、エンジン運転中、常時作動している。ま
た、コントロールラック７は、低負荷時、ソレノイド９
が励磁されているため、ソレノイドバー９＠の作用によ
りストッパ８が右回シに回動して図の状態よりも若干右
方にある。この状態において、エアクリーナｌＯにより
清浄化されたノーマル空気は、吸気管１１を軽てエンジ
ンの燃焼室に入る流れと、ポンプＰｌの作用により酸素
濃度富化装置１８に導入される流れに二分される。酸素
濃度富化装置１８に入ったノーマル空気は、酸素透過膜
１４とポンプＰ２の作用によシ分岐管１２ｂの方へ流れ
る酸素リッチ空気と、排出口１７を経て大気中へ放出さ
れる窒素リッチ空気とに二分されるが、パルプ２１が全
閉で、リリーフ弁１８が開放しているため酸素リッチ空
気はバイパス流路１９を通って窒素リッチ９究と混合さ
れ、ノーマル空気となって大剣中に放出される。

従って、低負荷時には、ノーマル空気がエンジンに供給
され、アクセル５の踏み込み量に応じて変位スるコント
ロールラック７の位置に応じて燃料が噴射弁２から噴射
され、その時の燃料の最大噴射量はラック７のストロー
クを制限するストッパ８により規制される。

他方、エンジンの負荷が大きくなって設定値以上になる
と、アクセルの開度あるいはラックの変位から負荷量を
検出する負荷センサ２５からの出力信号と基準電圧Ｖｏ
ｌとを比較し、高負荷か否かを判別する判別回路２６か
らの出力によって駆動回路２７が作動し、モータ２２に
よってバルブ２０゜２１が所定の開角度に開閉される。

それと同時にリリーフ弁１８が閉じられ、ソレノイド９
が消磁されてストッパ８がソレノイドのスプリング９ｂ
の作用により第１図で反時計まわりに回動し、第１図に
示される位置に達する。従って、バルブ２０を通ってエ
ンジン１の燃焼室に供給されるノーマル空気の量は減少
するが、酸素濃度富化装置１３からバルブ２１を経て酸
素リッチ空気が供給されるため一全体としての空気量は
低負荷時と同じで。

酸素濃度の高い１例えば、酸素を約８０％含有する酸素
リッチ空気が燃焼用空気としてエンジン１に供給される
。このように、ノーマル空気と酸素リッチ空気とを混合
して供給するのは、酸素濃度が高すぎると燃焼温度が高
くなりすぎて、エンジンの耐久性の点で問題を生じるか
らである。また。

エンジンの高負荷時、吸入空気に対する燃料の供給比率
を増大させる制御装置を構成するソレノイド９の作用に
より、ストッパ８がコントロールラック７０ストローク
を増大させる方向に回動するため、アクセル５の踏み込
み角度に応じて燃料噴射量が増大し、吸入空気に対する
燃料の供給比率。

いわゆる空燃比がノーマル空電の場合よりも高められ、
燃焼用空気中の酸素濃度が高いことと相まって、エンジ
ンの出力が増大する。

通常、ディーゼルエンジンにおいては一負荷の大小に拘
わらず、吸入空気量がほぼ一定であるため、燃料噴射量
がある量を超えると空電利用率が悪くなってスモークが
発生することから一燃料噴射量が空気利用率によって抑
えられ、エンジン出力も抑えられているが、本発明に係
る燃焼促進装置を使用すると２空慨中の酸素濃度の増大
によってスモーク限界が拡大され、燃料噴射量を増大プ
せ高出力化を計ることができる。

なお、エンジンに供給される酸素リッチ空気中の酸素濃
度が規定通りであれば、前述の通り動作するが、酸素濃
度が規定値から外れた場合１例えば、濃すぎる場合、酸
素濃度を検出する酸素センサ２４からの出力信号を基準
電圧Ｖｏ　２と比較する比較器２９から信号が出力され
、その出力信号によってモータ２２の作動量が、バルブ
２１の開角度は小さく、バルブ２０の開角度は大きくな
るように補正回路２８によって補正され、エンジン１に
供給される酸素リッチ空気中の酸素濃度が規定値に戻さ
れる。

第３図は本発明をガソリンエンジンに適用した一実施例
を示すもので、燃料噴射ポンプ４に代えテＭｆｉ管１１
　Ｋスロットル弁３１とエアフローメータ３２が配設さ
れるとともに−スロットル弁３１の下流側に燃料噴射ノ
ズ１ｖ８３が配設されている点を除いて、他の構成は第
１図のものと基本的に同じである。なお、８４は点火プ
ラグである。

図示の構成において１図示しないアクセルペダルの踏み
込みに応じてスロットル弁８１が開かれ。

その開角度に応じて空気がエンジンｌに吸入されるが、
その吸入空気量がエアフローメータ８２により検出され
、その吸入空気量に見合った基本噴射量が第４図に示す
基本噴射量演算決定回路３５で決定され、その出力信号
に応じて燃料噴射装置に内蔵された電磁弁を開閉させる
電、磁弁駆動回路３６が作動し、噴射ノズル３３から燃
料が所定量噴射され、吸入空気と共にエンジン１に供給
される。

低負荷時には、バルブ２１は全閉でリリーフ弁１８が開
となっているため、酸素濃度富化装置１３からの酸素リ
ッチ空電はリリーフ弁１８を経て。

排出口１７からの窒素リッチ空気と共に大剣中へ放出さ
れ、従って、エンジンにはノーマル空電が供給され、前
記基本動作と同じ動作でエンジンが運転される。

他方、高負荷になると、スロットルバルプノ開角度から
負荷量を検出する負荷センサ２５からの信号を受けた判
別回路２６からの出力信号によってモータ２２が駆動さ
れ、酸素リッチ空気がエンジンｌに供給されると同時に
、駆動回路２７からの信号により燃料噴射量を吸入空気
中の酸素量に見合った量になるように噴射量補正回路８
７が作動し、燃料噴射量を増加させる。このため空燃比
はノーマル空気の場合よりも増大し、これが燃焼用空気
中の酸素量の増加と相まって、エンジンの出力の増大を
もたらす。なお、補正回路２８、酸素センサ２４および
比較器２９の動作は第１図および第２図の実施例におけ
る動作と同じである。

前記実施例においては、いずれも高負荷時、予め設定さ
れた酸素濃度の酸素リッチ空気をエンジンに供給し、燃
料のみを増減させているが、エンジンの回転数あるいは
ゼネレータの出力電圧などを検出して、その検出信号に
応じてモータ２２を駆動し一エンジンに供給する酸素リ
ッチ空気中の酸素濃度を制御するようにしてもよい、ま
た、高負荷時のみでなく、エンジンの全運転域、すなわ
ち、低負荷時にも酸素リッチ空気を供給するようにし、
低負荷時には燃料供給量を通常よりも少なくする一方、
酸素リッチ空気を供給して燃焼性を良くすることによっ
てエンジンの円滑な運転を保証すると共に、燃費の改善
を計るようにし、高負荷時には燃焼用空気中の酸素濃度
が高くなった分だけ燃料を多く供給して、高出力化を計
るようにしてもよい。

また、前記実施例においては一酸素濃度富化装置の構成
材料として酸素透過膜を用いた場合について説明したが
１合成ゼオライト、天然ゼオライトなど加圧下で空気を
供給すると、窒素を吸着して空気中の酸素濃度を相対的
に増大させる窒素吸着材料を用いてもよい。

以上の説明から明らかなように１本発明は、酸素濃度富
化装置によって得られる酸素濃度の高い空気をノーマル
空気と混合しエンジンの運転に適した酸素リッチ空気と
し、この酸素リッチ空気を少なくとも高負荷時エンジン
に供給すると共に。

エンジンの高負荷時、空燃比を通常の場合より大きくす
るようにしたので、過給機等を使用することなくエンジ
ンの高出力化を計ることができる。

また、酸素リッチ空気を供給すると燃焼が促進され完全
燃焼するため、燃料が少なくても円滑な運転を行なうこ
とができ、従って一低負荷時における燃費を改善するこ
とができるなど優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るエンジンの燃焼促進装置をディー
ゼルエンジンに適用した一例を示す説明図、第２図はそ
の制御系のブロック図、第８図は本発明をガソリンエン
ジンに適用した一例を示す説明図、第４図はその制御系
のブロック図である。 １〜エンジン、２〜燃料噴射弁、４〜燃料噴射ポンプ、
８、〜ストッパ、９〜ソレノイド、１０〜エアクリーナ
、１８〜酸素濃度富化装置、２０゜２１〜バルブ、２２
〜モータ、２３〜制御装Ｍ、２５〜負荷センサ、２６〜
判別回路、２７〜駆動００路、８２〜エアフローメータ
、８８〜ｍａ噴射ノズル。

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
   装置と一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の少なくとも高負荷状態で供給する
   酸素リッチ空気供給装置と、エンジンの高負荷時、吸入
   空気に対する燃料の供給比率を増大させる′！Ｉ［篩装
   置とを備えたエンジンの燃焼促進装置。゛