JPS62247167A - 内燃機関の給気装置 - 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、内燃機関の給気装置、詳しくは空気中の酸素
含有率を増大させた空気な開開に供給する装置に関する
。

一般に、内燃機関は、空気と燃料を所定の割合で供給混
合して燃焼させ、そ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、酸素温度が約２０．９％。

窒素濃度が約７８％で、残りはアルゴン、炭酸ガス等の
気体である。そのうち、酸素のみが、実質的に燃焼に寄
与するもので、その他のガスは逆に吸熱作用を有するた
め、燃焼速度を遅らせ、燃焼の安定性を悪化させる働き
をするものである。

そのため、空気中の酸素含有率を増大さＵる酸素富化装
置を用いて、酸素Ｓ度の高い空気を得、それを内燃機関
に給気することにより、機関の燃焼性等の改善を図るよ
うにした装置が、種々提案されている。最近の研究例で
は、このような酸素富化空気を用いた内燃機関では、燃
焼の安定化によって、出ノＪの向上ばかりでなく、内燃
ＩＩＩＩＩからの排出ガス中の炭素系ススや、未燃焼の
炭化水素等の有害成分の排出量が極めて少いことが知ら
れるようになってき【、特に、自動車用エンジンの如く
、排気ガス汚染が問題となっているところでは、注目さ
れている技術である。

かかる空気中の酸素を濃縮する酸素富化装置の代表的な
ものとしては、気体選択透過膜を平板状の平膜としたも
のを多層に積み重ねたＩｐ、造の所謂プレートアンドフ
レーム型と呼ばれるタイプと、中空糸状の膜を多数本束
ねた形状の中空糸型のタイプとがあるが、いずれのタイ
プも膜装置の原料空気の供給は、常圧或いは、僅かに加
圧された空気を供給し、一方、膜装置の酸素富化空気透
過側は、真空ポンプ等で減圧吸引し、内燃１ｒＸＩｃ給
気される。

しかし乍ら、実用的には酸素富化装置が小型である必要
があり、更には、車輌用としては、軽量化が要求されて
いる。かかる要望の下、本発明者は内燃機関の給気装置
を検討する中で、酸素富化膜装置の原料空気供給側の供
給圧力を高めた装置であって、且つ、該酸素富化膜とし
て、前記供給圧力に耐える膜構造を検討する中で、内燃
機関の吸気圧力を気体選択透過膜の酸素富化空気の出側
の吸引圧力に利用することで、小型軽量化が可能となる
ことを見出し本発明に到達した。

即ち本発明は、内燃機関の吸気側に配置した、空気中の
酸素を選択的に透過し酸素濃縮する酸素富化膜装置、該
酸素富化膜装置の原料空気側に２Ｋｇ　／　ＣｉＧ以上
の圧力で空気を供給する空気供給装置、及び当該膜装置
の排気側を内燃機関の吸気口に実質上直接的に接続した
導管より成り、該酸素富化膜装置は、中空糸状膜が充填
されていることを特徴とする内燃機関の給気装置である
。

第１図は本発明をディーゼルエンジンに応用した場合の
基本的構成例を示したもので、詳細には以下に説明する
。第１図において上はエンジン本体、−？−は燃料噴射
弁、β−は給気ボート、リーはエアークリーナー、　１
１は空気導入管、ユは給気マニホールド、　２０は空気
中のＭ素濃度を増大させる酸素富化膜装置０弦は酸素富
化膜装置に空気を供給するための空気供給装置で、口の
空気供給装置の吸入側導管■は、エアークリーナーの下
流の導管旦と接続されている。エアークリーナーの下流
の導管よりバイパス管見によって、吸気マニホールドユ
と接続されて、このバイパス管旦内には、制御弁■が設
けられている。酸素富化膜装置孤に供給される空気は、
空気供給装置技の出側に、必要に応じて、エアークリー
ナー拉を通過させて、更に清浄度を上げることもある。

酸素富化空気は、吸気マニホールド旦と接続された導管
旺により、エンジンに供給される。導管孔内には酸素富
化空気の量を調節する制御弁阻が設けられている。酸素
富化膜装置には酸素富化膜を透過しない窒素の濃度の高
い残りのガスを大気に放出する導管翻−が設けられてい
る。

酸素富化ＷＡ装置虱は、原料空気の供給圧力が高ければ
高い程、及び、膜のもう一方の側の酸素を透過させる側
の吸引圧力が低ければ低い程、透過する酸素の量が多く
、更に、透過ガス中の酸素の濃度が高いことから、エン
ジンにとって好ましい。

しかし、原料空気の供給圧力が高くなるに従って、供給
するために費される動力が増大するため、エンジン全体
としての出りが低下してくる。好ましい供給圧力は２　
Ｋ’ｊ　／　ｃｄ　Ｇ〜１０／（ｇ／ｄＧ、特に好まし
くは、２　ｈ　／　Ｏｌｌ　Ｇ　〜６　Ｋ！ｉ　／　ｃ
ｉｉ　Ｇの範囲である。

一方酸素富化膜の透過側は、エンジンの吸気マニホール
ドに直接接続されているため、酸素富化空気の吸引ポン
プを必要としない。従ってポンプの設備コストがいらな
いばかりでなく、大巾な軽口化が実現できた。酸素富化
膜の透過側をエンジンの吸気と接続することで、透過側
の吸引圧力（運転圧力）は、エンジンの運転状態即ち、
エンジンの回転数やエンジン負荷によって変化するが、
原料空気の供給圧力を２　Ｋｌ　／　ｃｄＧ以上にあげ
ることによって、酸素富化膜装置の酸素分離特性への影
響が小さくなり好ましい方向である。エンジンの回転数
や負荷の状態によって、エンジンの燃焼に必要な酸素量
や酸素濃度は変化するため、回転数や負荷に応じて、導
管中の制御弁旦及び並を調節する。

酸素富化膜装置箆に原料空気を供給するための空気供給
装ｇ１２２は、いずれの形式の装置であってもよいが、
内燃ａｍの出力向上によく用いられる過給器タイプ即ち
ターボ形式の装置を用いることができる。特にエンジン
の排気ガスのエネルギーを利用した排気ターボが有利に
用いることができる。

酸素富化脱装置引は空気中の窒素よりも酸素の方を多く
透過させる膜材料、例えばポリジメチルシロキサンやポ
リメチルフェニルシロキサンなどのポリシロキサン類、
ポリメチルペンテン、ポリブタジェン、ポリトリメチル
ビニルシラン、ポリトリメチルアリルシランやポリｔ−
ブチルアセチレンなどのオレフィン及び／又はアセチレ
ン・ポリマー類、ポリ　２．６−シメチルフエニレンエ
ーテルなどのポリフェニレンエーテル類、ポリジエチル
フォスフアゼンなどのポリフォスフ７ゼン類。

ポリジメチルシロキサン単位含有ポリ尿素類、ポリジメ
チルシロキサン単位含有ポリカーボネート類などをあげ
ることができる。

前記の如く、酸素富化膜装置に供給する原料空気圧が高
いことが、酸素の透過を効率良くするが、酸素富化膜装
置の膜形状は、高い圧力に耐える必要があり、本発明は
膜の形状が中空糸状であることが特徴である。この中空
糸条膜は、前記膜材料を中空糸状に紡糸成型し−Ｃ得る
ことができる。又他の形態として、多孔質の中空糸の表
面に膜材料を薄膜化成型した複合膜構造の中空糸状膜を
用いることもできる。これらの中空糸条膜の外径は０．
０１　Ｍ乃至２　ｔｔｔａ　、肉厚は供給空気圧力に耐
え得る肉厚であれば任意に選定することができるが、外
径が小さければ肉厚は薄くできるし、また酸素富化膜装
置の単位体積当りの充填膜面積が大きいから、得られる
酸素富化空気の吊が多くなり得策である。通常好ましい
外径は、０．０２　＃ＩＩ＋乃至０．５履の範囲である
。中空糸状膜は、中空糸の外側表面に選択透過膜層を形
成させる場合と、中空糸の内側表面に膜層を形成させる
場合とがあるが、本発明にはいずれの場合でも用いるこ
とができる。

前者の中空糸状膜を装填した酸素富化膜装置では、原料
空気を中空糸の外側に供給し、中空糸の内側は、エンジ
ン吸気側の導管旺と連通させ、透過した酸素富化空気が
エンジンに供給される。後者の中空糸状膜の場合は、空
気の供給及び得られる酸素富化空気の流通が、逆の方向
となる。本発明においては原料空気を加圧下で供給する
ことから、中空糸状膜の耐圧耐久性の観点で、中空糸の
外側表面に選択透過膜を形成させた方式の方が好ましい
。

本実施例は、ディーゼルエンジンの場合の給気装置に関
して説明したが、本発明は、ガソリンエンジンについて
も適用できることは言うまでもない。

以上の説明から明らかなように、本発明に係る内燃機関
の給気装置は、内燃機関に給気する酸素富化空気を効率
的に供給できる装置で更に、燃料の燃焼を安定化でき、
且つ、完全燃焼させ得ることにより、内燃機関の出力当
りの燃料消費を向上させ、排気ガス中の有害成分を減少
させるのに優れた効果を発揮することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す説明図である。 図において、１；エンジン本体、２：燃料噴射弁。 ３；吸気弁、　１０．２３：エアークリーナー、２０：
Ｆｉｔ！素富化膜装置、２２：空気供給装置、２４；導
管を示す。 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 内燃機関の吸気側に配置した、空気中の酸素を選択的に
   透過し酸素濃縮する酸素富化膜装置、該酸素富化膜装置
   の原料空気側に２Ｋｇ／ｃｍ＾２Ｇ以上の圧力で空気を
   供給する空気供給装置、及び当該膜装置の排気側を内燃
   機関の吸気口に実質上直接的に接続した導管より成り、
   該酸素富化膜装置は、中空糸状膜が充填されていること
   を特徴とする内燃機関の給気装置。