JPS63124857A - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は空気中の酸素濃度を可変にしたエンジンの吸気
装置に関する。

（従来の技術） エンジンの燃焼を改善する方法として、吸気酸素濃度を
強制的に高めて酸素含有量を多くする働きをする酸素富
化装置等を用いて、燃料を高温下で燃焼させる、例えば
特開昭５６−５０２５３号若しくは特開昭５８−１５８
３１７号等の方法がある。この酸素富化装置（又は、酸
素富化膜モジュールと呼ぶ）の例として、第６図（ｂ）
に示された如く酸素を通過するような、例えばポリジメ
チルシロキサン、シリコン−ポリカーボネート等のシリ
コン系高分子材からなる多孔質の中空糸を多数束ねた第
６図（ａ）のような構成のもの、又は第７図（ｂ）の如
く、ポリプロピレンのネット等からなる平膜状の酸素富
化膜中のアルミニュームの支持板を通したものを多数積
層した第７図（ｂ）のようなものがある。いずれの形式
の酸素富化装置も原料となる空気を送り込んで、より多
く酸素を通す働きをする酸素富化膜を介して、酸素富化
された酸素リッチ空気をバキュームポンプ等で引いてエ
ンジン吸気通路等に送りこんでいる。

上記従来の酸素富化装置を用いたエンジン（たとえば、
特開昭５８−１５８３１６号）では、副燃焼室には酸素
リッチ空気を導入し、主燃焼室には酸素リーン空気を導
入して着火性を改善しようとしている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、排気ガス中の有害成分であるＮＯｘは燃
焼温度が高い程、特に初期燃焼時の燃焼温度が高い程発
生し易い。例えば副燃焼室を設けた形式の（ディーゼル
、ガソリン）エンジン等は、この副燃焼室で初期燃焼さ
せるために、この室内に酸素リッチ空気を導入し、かつ
空燃比を理論空燃比に近くしている。従って初期燃焼時
の温度はいきおい上昇し、発生するＮＯＸも多いものと
なっていた。

この事情は、副燃焼室を有するエンジンに限らず、例え
ば希薄燃焼方式で成層燃焼を行うエンジンであっても同
じである。即ち、このようなエンジンでは、点火プラグ
近傍のみで燃料°リッチにすると共に酸素リッチ空気を
導入して空燃比（Ａ／Ｆ）を下げて着火性を上げている
からである。

本発明はかかる従来の不都合を除去するために提案され
たものでその目的は、初期燃焼を緩慢に保持することで
、異常燃焼を防止して、全体の燃焼効率を向上せしむる
エンジンの吸気装置を提供するところにある。

（問題点を解決するための手段） この問題点を解決するための一手段として、例えば第１
図に示す実施例のエンジンの吸気装置の構成は、酸素濃
度を変成した空気を生成する空気組成変成手段と、燃焼
室内に前記変成した空気及び燃料を供給する供給手段と
、前記燃焼室のうち初期燃焼が行われる初期燃焼部に供
給される前記変成した空気のリッチ度を制限する制限手
段とからなる。

（作用） かかる構成において、初期燃焼部に供給される混合気空
燃比はよりリーンになり、初期燃焼は緩慢となる。

（実施例） 以下、添付図面に従って、本発明をディーゼルエンジン
に適用した実施例を説明する。

〈実施例の概略〉 第２図に、本発明を適用した実施例のディーゼルエンジ
ン及びエンジンの吸入装置の具体的構成を示す。１は吸
入空気からチリ等を除去するエアクリーナである。吸入
された空気はメイン吸気通路４を通り吸気バルブ５の開
閉により、エンジンの主燃焼室８に送り込まれる。メイ
ン吸気通路４にはエンジン負荷を検出するために圧力セ
ンサ１５が設けられ、メイン吸気通路４中の圧力Ｐを検
出する。１２は前述の第６図、第７図の如き酸素富化膜
モジュールである。酸素富化膜の両側に圧力差を設ける
べく送風ブロアー２と真空ポンプ１３が設けられている
。即ち、エアクリーナ１を通通した空気は、送風ブロア
ー２により酸素富化膜モジュール１２へ強制的に送り込
まれ、酸素リッチ空気が真空ポンプ１３により引かれる
。又、結果的に窒素リッチとなった空気は通気路１９中
に排出される。酸素リッチ空気は通気路３を介してメイ
ン吸気通路４に供給される。即ち、主燃焼室８には通常
の空気と酸素リッチ空気が導入されることになる。

１６は副燃焼室（又は予燃焼室、渦室と呼ばれる）であ
る。本実施例の副燃焼室１６へ供給される空気は、酸素
富化膜モジュール１２から通気路１９に排出された酸素
リーン空気（窒素リッチ空気）の一部を副室吸気通気路
１０に導かれたものと、通気路１４に導かれた酸素リッ
チ空気の一部を濃度コントロールバルブ１７を介して導
入したものである。即ち、副燃焼室１６に導入される副
室空気の酸素濃度は実質的には酸素リーン（窒素リッチ
）であり、酸素センサ１１が検出した酸素濃度に応じて
適宜、濃度コントロールバルブ１７を開閉して酸素リッ
チ空気を一部導入して、その酸素濃度が調整される。副
燃焼室１６への空気導入は副室吸気バルブ６の開閉によ
り、又、副燃焼室１６への燃料の供給は燃料噴射弁７の
開閉によりなされる。

〈実施例動作の概略〉 前述したように、ディーゼルエンジンにおけるＮＯＸ発
生の大部分は副燃焼室で行われる着火直後の初期燃焼（
予混合燃焼）過程で起こっており、それ以後の主燃焼室
８で行われる拡散燃焼過程ではそれほど発生しない。こ
の事実に注目して本実施例では、副燃焼室１６には着火
性を害さない程度の窒素リッチ空気を供給してＮＯＸの
発生を防ぐと共に、拡散燃焼が行われる主燃焼室８には
窒素リッチ空気の導入を停止して酸素リッチ空気を供給
して拡散燃焼時の酸素利用率を高め、燃焼効率を高める
ことを目指すものである。

即ち、主燃焼室８には通常の空気に、酸素富化膜モジュ
ール１２で発生した酸素リッチ空気を通気路３を介して
メイン吸気通路４に合流させて、全体として酸素リッチ
となった空気を主燃焼室８に供給して、主燃焼室８での
酸素利用率を高めている。一方、上記酸素富化膜モジュ
ール１２の排出ガスである窒素リッチ空気（酸素リーン
空気）を、副室吸気通路１０に導入して、副燃焼室１６
内での燃焼温度を下げＮＯＸ発生を抑圧する。ところで
、副燃焼室１６内での着火性はエンジン冷却水温度、エ
ンジン負荷及び酸素濃度変化等により変化する。酸素濃
度の直接的な変化は酸素富化膜モジュール１２の性能が
酸素富化膜モジユール１２内の温度ＴＭに依存すること
に起因する。そこで、本実施例では、着火の安定性を確
保するために、これらの種々の運転条件の変化による酸
素濃度の変化を副室吸気通路１０中に設けられた酸素セ
ンサ１１によりモニタし、着火性を害するほどに酸素濃
度が低下した場合は、濃度コントロールバルブ１７の開
口率を制御して、酸素濃度を適正に保つようにしている
。

〈制御手順〉 第３図は第２図実施例の副燃焼室１６内への吸気に係る
制御手順を示すフローチャートである。

先ず、ステップＳ２で酸素センサ１１から副室吸気通路
１０中の酸素濃度０を読み込む。ステップＳ４では、こ
の酸素濃度０に従ったバルブ開口率（デユーティ比デー
タＤ）をＥＣＵ２０内のマツプ（不図示）から読出して
、ステップＳ６で濃度コントロールバルブ１７に信号り
を出力して、適当な酸素濃度を得るためにバルブを開口
する。ステップＳ８では、副室吸気バルブ６を開く。ピ
ストン９が適当な位置まで下がると、燃料噴射弁７から
燃料噴射を開始する。

尚、上記実施例中の酸素濃度制御の一部変形として、主
燃焼室８中の着火の安定性を確保するための酸素濃度の
制御は、エンジン冷却水温度Ｔｗ及びエンジン負荷の変
動（圧力センサ１５の出力Ｐ）及び酸素富化膜モジュー
ル１２中の温度センサ１８の出力Ｔ２を監視し、これら
の諸量の変化に応じて濃度コントロールバルブ１７の開
口率を制御するようにしてもよい。

〈変形実施例〉 第４図は副燃焼室を設けない形式の直接噴射式ディーゼ
ルエンジン若しくはガソリンエンジンに本発明を適用し
た実施例である。これらのエンジンでは燃費を上げるた
めにスワール（渦流）を発生させるスワールボート３０
を設けである。メイン吸気通路３５には第２図実施例と
同じく酸素リッチの空気が導入される。そして、このス
ワールボート３０を酸素富化膜モジュール３１からの窒
素リッチ空気を出力する通気路３２に連通し、スワール
ボート３０と通気路３２の間に、エンジン回転と連動し
たカム駆動のバルブ３３を介在させる。即ち、バルブ３
３を、燃料噴射タイミング時に開口するようにする。こ
のようにすると、爆発時に、初期燃焼が行われる部分（
ガソリンエンジンであれば点火プラグ近傍、直噴式ディ
ーゼルエンジンであれば燃焼室の噴射弁から噴射軸方向
へ。

の所定領域）では酸素リーン空気と燃料が混合すること
になり、初期燃焼が緩慢になり第２図実施例と同様にＮ
ＯＸ低減等の効果が達成される。

〈変形実施例〉 第５図に更に他の変形例を示す。これは、酸素富化膜モ
ジュールの窒素リッチ空気供給量には限界があることに
鑑みて、その不足分を還元排気ガスで補うというもので
ある。即ち、第５図に示すように、酸素富化膜モジュー
ル４０の窒素リッチ空気をＥＧＲコントロールバルブ４
１に送る。このＥＧＲコントロールバルブ４１には排気
ガスの一部が排気通路４３から導かれている。又、ＥＧ
Ｒコントロールバルブ４１中の弁４１ａはエンジンの各
サイクル毎に開閉するのでエンジン回転に連動したカム
駆動タイプの弁であり、弁４１ｂはＥＧＲガスを還流す
るのが必要な運転条件時に開閉するものであるから電磁
弁タイプとなっている。従って、ＥＧＲコントロールバ
ルブ４１中の弁４１ａ、４１ｂの開閉を制御することに
より、初期燃焼部での緩慢な燃焼が得られる。

弁４１ａ、４ｔｈの開閉制御は例えば次のようにする。

ＥＧＲガスを吸気通路中に還元するような運転領域では
弁４１ｂを開口してＥＧＲを行ってＮＯＸを抑圧し、更
に、燃料噴射タイミングに弁４１ａを開口して、初期燃
焼時に発生するＮ。

Ｘを特に抑圧する。このようなシステムによって、ＮＯ
Ｘ発生を抑止することができるだけでなく、更に窒素リ
ッチ空気を供給することにより、ＥＧＲ供給による耐久
性の問題発生を最小限に止めることができる。

尚、以上説明から分るように、本発明はエンジンの形式
にとられれず、所謂初期燃焼部を有するエンジンであっ
て、酸素リッチ空気を供給する手段を具備したものであ
れば、いかなるエンジンにも適用可能である。

（発明の効果） 以上説明したように本発明のエンジンの吸気装置によれ
ば、初期燃焼部における酸素リッチ空気の供給を制限す
ることにより、初期燃焼部での燃焼が緩慢になり、ＮＯ
Ｘ発生等の異常燃焼が防止できるとともに、酸素リッチ
空気供給により、全体の平均的な燃焼効率を向上できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のエンジンの吸気装置に係る実施例の基
本構成図、 第２図は実施例に係るエンジン及びエンジンの吸気装置
の具体的構成図、 第３図は第２図実施例の制御に係るフローチャート、 第４図、第５図は変形実施例の構成図、第６図（ａ）（
ｂ）、第７図（ａ）（ｂ）は酸素富化装置の構成図であ
る。 図中、１・・・エアクリーナ、２・・・送風ブロアー、
３．１４．１９・・・通気路、４．３５・・・メイン吸
気通路、５・・・吸気バルブ、６・・・副室吸気バルブ
、７・・・燃料噴射弁、８・・・主燃焼室、９・・・ピ
ストン、１０・・・副室吸気通路、１１・・・酸素セン
サ、１２，３１．４０・・・酸素富化膜モジュール、１
３・・・真空ポンプ、１５・・・圧力センサ、１６・・
・副燃焼室、１７・・・濃度コントロールバルブ、１８
・・・温度センサ、３０・・・スワールボート、３３・
・・バルブ、３４．４３・・・排気通路、４１・・・Ｅ
ＧＲコントロールバルブ、４１ａ、４１ｂ・・・弁、４
２　・Ｅ　Ｇ　Ｒ経路、４４・・・吸気通路である。 １−４．八’、、）、’１ 第３図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）酸素濃度を変成した空気を生成する空気組成変成
   手段と、 燃焼室内に前記変成した空気及び燃料を供給する供給手
   段と、 前記燃焼室のうち初期燃焼が行われる初期燃焼部に供給
   される前記変成した空気のリッチ度を制限する制限手段
   とを具備したエンジンの吸気装置。
2. （２）前記初期燃焼部はエンジンシリンダ内に含まれ、
   該初期燃焼部は点火手段の近傍領域である事を特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載のエンジンの吸気装置。
3. （３）前記初期燃焼部はエンジンシリンダ外に設けられ
   、エンジンシリンダに連通した副燃焼室である事を特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載のエンジンの吸気装
   置。
4. （４）前記空気組成変成手段は酸素リッチ空気と酸素リ
   ーン空気を生成し、前記制限手段は前記供給手段が前記
   酸素リーン空気を前記初期燃焼部に供給するように制御
   する事を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のエン
   ジンの吸気装置。
5. （５）前記供給手段は燃料供給タイミング制御手段を含
   み、前記制限手段は燃料供給タイミングを遅らせる事に
   より初期燃焼部でのリッチ度を制限する事を特徴とする
   特許請求の範囲第２項に記載のエンジンの吸気装置。