JPS6318177A - 内燃機関の吸気装置 - 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］ 本発明は内燃機関の吸気装置に係り、特に酸素濃度富化
Ｈ置の効率を改善したものに関する。

［従来の技術］ 一般に、内燃機関へ供給する吸入空気中の酸素濃度を高
めるために吸気系に酸素濃度富化装置（以下、単に酸素
富化装置）を設けている。

この酸素富化装置の機能を充分に発揮させるためには装
置の上流側と下流側とで大さな圧力差を必要とするが、
通常大きな圧力差を得ることが難かしい。

そこで、ターボ過給機を搭載した内燃機関にあっては、
酸素富化装置の上流側にターボ過給機のコンブレッザ側
を接続し、酸素富化装置に過給圧を加えて酸素ｆＡ度を
高めることが提案されている。

例えば、待間昭５８−５１２５８号公報に示されている
ように、酸素富化装置として化学的触媒等を使用するも
のでは、空気を多量に送り込まなければ圧縮比が低下し
てエンジンの始動性等が悪くなるため、タービンポンプ
により窒素吸着剤を入れた吸着筒に圧送している。

しかし、これによれば吸着剤が吸着窒素により活性を失
うため、２系銃の吸着筒を設け、吸着・脱着を交互に繰
り返さなければならず、１ワられる酸素濃度も充分とは
いえなかった。

また、実開昭５８−１３７８６１号公報に示されている
ように、酸素富化膜を使用するものでは酸素富化膜の加
圧空気側の圧力が過度になると、これを解放または上流
側の空気をそのままバイパスさせて内燃機関に供給する
ようにしているものの、酸素富化膜の加圧空気側にター
ボ過給機のコンプレッサ側を直結し、圧力が過度になら
ない限り、過給圧の全てを酸素富化膜に加えるようにし
たものもある。

しかし、これによれば、酸素富化膜の加圧空気側の空気
が停滞してしまうため、加圧空気側の空気が絶えず高速
で流動しなければ充分に機能しないという酸素富化膜の
条件を満たすことができず、また低圧側の酸素濃度の高
い側については内燃別間への空気の全流量を濃度上昇し
た空気で賄うことには無理があった。しかも、酸素富化
膜の加圧空気側にターボ過給機のコンプレッサ側を直結
したとぎは、高い脈動によって膜が破損したり、耐久性
が著しく悪化するという問題があった。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記したように過給圧を酸素富化装置に加えるようにし
たものでも、化学的触媒等を使用するものでは２系統の
吸着筒を設けて、吸着・脱着を繰り返えさなければなら
ず、また酸素富化膜を用いるものでは、過給圧の全てを
酸素富化膜に加え、これより得られる高濃度酸素のみを
内燃機関に供給しているため、膜機能が充分に発揮でき
ず、内燃機関への供給空気倦も不足するばかりでなく、
膜の保護に著しく欠けるという問題があった。

従って、本発明の目的は吸着・脱着の必要のない酸素富
化膜を使用して、酸素濃度空気流垣を高能率で増大させ
、しかも膜の保護が可能な内燃機関の吸気装置を提供す
ることである。

［問題点を解決するための手段〕 本発明の内燃機関の吸気装置は、空気入口、高酸素濃度
空気出口、低酸素濃度空気出口とを有する膜型酸素富化
装置の空気入口をターボ過給機の過給圧取出口に、高酸
素濃度空気出口を吸気マニホールドに夫々連結し、高酸
素濃度空気取出口とターボ過給機の空気取入口とをバイ
パス路で連結したものである。

［作用〕 空気取入口から取り入れられた空気はターボ過給機によ
り昇温した加圧空気となって膜型酸素富化装置に導かれ
、酸素富化膜に接触したうえ、これの上流側と下流側と
に加えられる過給圧と吸気負圧との差圧に応じて酸素富
化、摸からを透過する高酸索濃瓜の空気として高酸素濃
度空気出口より取り出される一方、酸素富化膜過給圧側
の余剰の過給圧及び残された低酸素濃度空気として膜型
酸素富化装置の低酸素濃度空気出口から止まることなく
排出される。

したがって、酸素富化膜の過給圧側の空気は絶えず高速
で流動することになり、しかも昇温した加圧空気の接触
により酸素富化膜が活性化される。

また、高酸素濃度空気取出口より取り出された高酸素′
ＩＡ度の空気はバイパス路から導かれて来る通常濃度の
空気と合流して機関に供給される。

従って、高酸素濃度の空気量では賄えない機関に必要な
供給空気量の不足分が通常濃度の空気で補われていると
共に、高い脈動が模に生じることがなくなる。

［実施例］ 本発明の実施例を第１図に〜第２図に基づいて説明すれ
ば以下の通りである。

第１図は本発明の内燃機関の吸気装置例を示ず。

１はエンジンであり、その排気マニホールド２側にター
ボ過給ｍ３が装備され、ターボ過給１３の吸気取入口４
にはエアクリーナ５を介設した吸気路６が、また過給圧
取出口４ａには過給圧路７を介して膜型酸素富化装置８
が取り付けられている。膜型酸素富化装置８はターボ過
給機３がら導かれる過給圧を酸素富化膜９に接触させつ
つ通過させて低酸素濃度空気出口１０から解放させると
共に、酸素富化膜９を透過した高酸素濃度空気を高酸素
濃度空気取出口１１から取り出すようになっている 膜型酸素富化装置８の高酸素濃度空気取出口１１はエン
ジン１の吸気マニホールド１２に連なる供給路１３に連
結され、この供給路１３には吸気路６から分岐して供給
路１３に合流するバイパス路１４が接続されている。こ
のバイパス路１４には、これを通過する空気量を絞って
喚型酸素富化装置８の酸素富化膜９の下流側に加えられ
るエンジン１の吸気負圧を調整する吸気絞り弁１５が設
けられている。また酸素富化装置８の低酸素濃度空気出
口１０には、排出される加圧空気量を絞って酸素富化膜
９の上流側に加えられる過給圧を調整する過給絞り弁１
６が設けられている。

さて上記のような構成において、エアクリーナ５を介し
て吸気取入口４からターボ過給機３に取り入れられた空
気は加圧空気Ｃとなって膜型酸素富化装置８に導かれ、
過給絞り弁１６の絞り量に応じた過給圧で酸素富化膜９
の上流側に接触する。

この酸素富化膜９の下流側には吸気絞り弁１５の絞り最
に応じたエンジン１の吸気負圧がυ０えられてＪ３す、
酸素富化膜９の上流側と下流側とに大きな圧力差が生じ
るため、その圧力差に応じた高酸素濃度の空気Ａが膜下
流側に生成され、高酸素濃度空気取出口１１より取り出
される。高酸素濃度空気取出口１１より取り出された高
酸素濃度空気Ａは、エアクリーナ５からバイパス路１４
を通って来た通常の酸素濃度空気Ｂと合流してエンジン
１に吸入される。

ところで、酸素富化ｒＰＡ９により生成される高酸素濃
度空気は、膜の上流側と下流側との圧力差に比例して流
量が増加し、又股の上流側と下流側との圧力比に比例し
て酸素ＷＢＥが増加する。

したがって、低酸素濃度空気りが排出される低酸素濃度
空気出口１０に設けた過給絞り弁１６を絞ることにより
、酸素富化膜９の上流側に加えられる圧力を上げるとと
もに、バイパス路１４に設けた吸気絞り弁１５を絞るこ
とにより酸素富化膜９の下流側に加えられる圧力も低下
させることができる。このため両方の絞り弁１５．１６
を制御することにより、酸素富化膜９に加えられる圧力
差又は圧力比を適当に調整することができ、任意の高濃
度の吸入空気量を得ることが可能となる。

例えば、酸素富化膜上流側の空気の高速流動を１０ねな
い限度において過給絞り弁１６を絞ると共に、エンジン
１内への全空気必要流量が不足しない限度において吸気
絞り弁１５を絞ることにより、酸素富化膜９に最大の圧
力差及び圧力比を加えることができ、エンジン１に大量
の高酸素濃度の空気を吸入させることができる。また、
過給絞り弁１６または吸気絞り弁１５のうちの一方のみ
を絞り制御して他方を全開とし、あるいはターボ過給別
３の加圧空気とエンジン吸気圧とがそのまま加わるよう
に双方の絞り弁１５．１６を共に全開状態としても、加
圧空気が加わらない場合に比して充分な高濃度酸素の空
気を得ることができる。したがって、過給絞り弁１６及
び吸気絞り弁１５は必須のものではない。

一方、酸素富化膜９は雰囲気温度が上昇することにより
活性化して、膜を通過する酸素間が増大する性質を有す
るが、本実施例ではターボ過給機３で加圧されて昇温し
た空気を酸素富化膜９に接触させているため、通常温度
の空気と接触させるものに比して高酸素濃度空気を高効
率で得ることができる。

このようにして、本実施例では酸素富化装置８にターボ
過給機の昇温した過給圧を加えると共に酸素富化膜に加
えられる圧ツノを調整できるようにしたため、第２図に
示すように、斜線部で示す覆の大きなスモーク低減効果
が得られる。スモークは、一般に噴霧燃料が充分な酸素
を得ることなく不完全燃焼した場合発生し、高負荷時に
急に増大する。高負荷時のスモークは絶対的な空気量（
酸素間）の不足によるものであるが、低・中負荷時のス
モークは、燃料噴霧と空気（酸素）の混合不良によるも
のである。よって、本実施例により、酸素′ｍ度が増加
した場合、負荷全域にＢつで燃料と酸素の接するチャン
スが増大することとなって前述したようなスモークの低
減効果をもたらすのである。

特に、酸素富化装置に導かれる加圧空気を通過させるよ
うにしたため、酸素富化膜に接する高圧側の空気が絶え
ず高速で流動し、滞留することがない。また、通常空気
を供給するバイパス路を設けて高酸素濃度空気に通常空
気を合流させるようにしたため、エンジンへの必要空気
口が不足したり、高い脈動によって膜が破損したり、耐
久性が著しく悪化したりすることがない。

［発明の効果コ 以上型するに本発明によれば次のような優れた効果を発
揮する。

（１）　　ターボ過給機の過給圧を膜型酸素富化装置に
止めることなく通過させるようにしたことにより、膜の
過給圧側の空気を絶えず高速で流動させることができる
ので、膜型酸素富化装置の機能が充分に発揮され、酸素
濃度空気流量を高能率で増大できる。

＋２）　　酸素富化装置の高酸素濃度空気取出口とター
ボ過給機の吸気取入口とを結ぶバイパス路を備えたこと
により、高酸素濃度の空気旦では賄えない機関に必要な
供給空気量の不足分を通常濃度の空気で賄うことができ
るので、燃焼性能が向上し、また高い徐動が膜に生じる
のを防止できるので、膜が有効に保護される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る内燃機関の吸気装置の
構成図、第２図は第１図に示ず装置と従来の比較スモー
ク特性図である。 図中、１はエンジン、３はターボ過給機、４はターボ過
給機の空気取入口、４ａは同じく過給圧取出口、８は酸
素富化装置、９は酸素富化膜、１０は酸素富化装置の低
酸素濃度空気出口、１１は同じく高酸素濃度空気取出口
、１４はバイパス路、１５は吸気絞り弁、１６は過給絞
り弁、Ａ　！、を高酸素濃度空気である。 特許出願人　　いすず自動車株式会社 代理人弁理士　絹　　谷　　信　　雄 １３　　　　Ａ Ａ：高酸素濃度空気 第１図 第２図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）空気入口、高酸素濃度空気出口、低酸素濃度空気
   出口とを有する膜型酸素富化装置の空気入口をターボ過
   給機の過給圧取出口に、高酸素濃度空気出口を吸気マニ
   ホールドに夫々連結し、高酸素濃度空気取出口とターボ
   過給機の空気取入口とをバイパス路で連結した内燃機関
   の吸気装置。
2. （２）上記酸素富化装置の低酸素濃度空気出口に、酸素
   富化膜に加えられる過給圧を調整する過給圧絞り弁が設
   けられている特許請求の範囲第１項記載の吸気装置。
3. （３）上記バイパス路に酸素富化膜に加えられる吸気負
   圧を調整する吸気絞り弁が設けられている特許請求の範
   囲第１項又は第２項記載の吸気装置。