JPH0295765A - 内燃機関の酸素富化空気装置 - 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〕 この発明は内燃機関の酸素富化空気装置に係り、特に酸
素富化空気装置によって酸素富化空気を生成することに
より残留生成される窒素富化空気を排出用ポンプを設け
ることなく排出し得る内燃機関の酸素富化空気装置に関
する。

〔従来の技術〕

内燃機関に供給される燃料の燃焼効率を高めて出力や燃
料消費率を向上させるために、酸素濃度を高めた空気（
以下、「酸素富化空気」という）を生成する装置（以下
「酸素富化空気装置」という）により酸素富化空気を供
給される内燃機関がある。第５図に示す如く、従来の酸
素濃縮装置２０１は、空気の取入口２０２と取出口２０
３との間に吸引用ポンプ２０４により圧力差を生じさせ
、気体選択性透過膜等の酸素濃縮体２０５により取出口
２０２側に酸素濃度を高めた酸素富化空気を生成する。

このように、取入口２０２側に酸素濃度を高めた酸素富
化空気を生成する一方では、酸素濃度の低減により取出
口２０３側に窒素濃度の高められた空気（以下「窒素富
化空気」という）が残留生成されることになる。この窒
素富化空気が酸素濃縮装置２０１の周辺に滞留すると、
窒素富化空気で飽和して酸素富化率を低下させることに
より酸素富化空気を十分に生成し得なくなる不都合があ
る。

そこで、従来は、第５図に示す如く、窒素富化空気の排
出口２０６を設けるとともにこの排出口に排出ポンプ２
０７を設け、ファン２０８により窒素富化空気を排出し
ていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、このように排出用ポンプを設けることは部品
数の増加による重量増加及びコストの上昇を招く不都合
があるとともに、排出用ポンプの駆動によって内燃機関
の発生するエネルギが消費されることにより運転効率の
低下を招く不都合を生じた。

〔発明の目的〕

そこで、この発明の目的は、酸素富化空気装置によって
酸素富化空気を生成することにより残留生成される窒素
富化空気を排出用ポンプを設けることなく排出し得て、
これにより部品数の減少の減少による軽量化及びコスト
低減を果し得るとともにエネルギ消費の減少による内燃
機関運転効率の向上を果し得る内燃機関の酸素富化空気
装置を実現することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

この目的を達成するためにこの発明は、空気取入口から
取入れた空気の酸素濃度を高め酸素富化空気を生成する
酸素富化空気装置の前記酸素富化空気の取出口を内燃機
関吸気系に連通させて設けるとともに前記酸素濃度を高
めることにより残留生成される窒素富化空気の排出口を
前記内燃機関の駆動により生じる気流に臨ませて設けた
ことを特徴とする。

〔作用〕

この発明の構成によれば、酸素富化空気装置によって酸
素富化空気を生成することにより残留生成される窒素富
化空気の排出口を内燃機関の駆動により生じる気流に臨
ませて設けたので、排出用ポンプを設けることなく内燃
機関の駆動により生じる気流の吸引力により窒素富化空
気を排出し得て〈′エネルギ消費を減少し得て、また、
内燃機関の駆動により生じる気流の吸引力により窒素富
化空気を排出することによって、取入口側に空気を大量
に供給することができる。

〔実施例〕

次にこの発明の実施例を図に基づいて詳細に説明する。

第１図は、この発明の第１実施例を示すものである。図
において、２は内燃機関、４は酸素富化空気装置である
。

内燃機関２の、エアクリーナ６の吸気口８から取入れら
れた空気は、吸気通路１０に設けた気化器１２により燃
料と混合され、混合気を生成する。

混合気は、燃焼室１４に導入され、点火プラグ１６によ
り点火燃焼されてピストン１８を往復動させ、このピス
トン１８の往復動をコネクチングロッド２０を介してク
ランク軸２２に伝達し、回転駆動力に変換して取出す。

この駆動力により、車両等を走行させる。このクランク
軸２２には、強制冷却用の冷却ファン２４が設けられて
いる。

即ち、この内燃機関２は、強制空冷式の内燃機関２であ
る。

前記酸素富化空気装置４は、気体選択性透過膜などの酸
素濃縮体２６を備え、空気取入口２８側にフィルタ３０
を設け、酸素富化空気の取出口３２側に吸引用ポンプ３
４を設けている。この吸引用ポンプ３４は、例えばクラ
ンク軸プーリ３６ａ及びポンププーリ３６ｂとベルト３
６Ｃとからなる駆動力伝達機構３６によって、内燃機関
２により駆動される。この吸引用ポンプ３４により酸素
濃縮体２６の前記取入口２８側と取出口３２側との間に
圧力差を生じさせ、酸素濃縮体２６により取出口３２側
に酸素富化空気を生成する。吸引用ポンプ３４には、前
記吸気通路１０上流端のエアクリーナ６に連通ずる連通
路３８を設け、生成された酸素富化空気を吸気通路１０
側に供給する。

なお、符号４０は、エアクリーナ６に設けた逆止弁であ
る。この逆止弁４０によって、酸素富化空気が吸気口８
から大気に流出するのを阻止するとともに、必要に応じ
て大気を吸気通路１０側に流入させる。

前記酸素富化空気装置２により酸素富化空気を生成すべ
く酸素濃縮体２６の取出口３２側の酸素濃度を高めると
、酸素濃縮体２６の取入口２８側には酸素濃度の低減に
より窒素濃度の高められた窒素富化空気が残留生成され
る。そこで、酸素濃縮体２６の取入口２８側に連通ずる
排出口４２を設け、この排出口４２を内燃機関２の駆動
により生じる気流に臨ませて設ける。

この第１実施例においては、内燃機関２のクランク軸２
２に設けた冷却ファン２４の駆動により生じる冷却空気
の流れる冷却空気通路４４の冷却空気流４４ａに臨ませ
て、窒素富化空気の排出口３８を設けている。

次に第１実施例の作用を説明する。

内燃機関２の駆動時には、酸素富化空気装置４の酸素濃
縮体２６により取出口３２側に酸素濃度の高められた酸
素富化空気を生成する。この酸素富化空気は、連通路３
８により吸気通路１０に供給される。これにより、内燃
機関４には、酸素富化空気が供給されて燃焼効率が高め
られるので、出力・燃料消費率等を向上させることがで
きる。

このとき、酸素富化空気を生成すべく酸素濃縮体２６の
取出口３２側の酸素濃度を高めることにより、酸素濃縮
体２６の取入口２８側には酸素濃度の低減により窒素濃
度の高められた窒素富化空気が残留生成される。この窒
素富化空気は、冷却空気流４４ａに臨ませて設けた排出
口３８から、内燃機関２のクランク軸２２に設けた冷却
ファン２４の駆動により生じる冷却空気流４４ａの吸引
力によって冷却ファン２４方向に吸引され、内燃機関２
を冷却空気とともに排出される。これにより、従来の如
き排出用ポンプを設けることなく、窒素富化空気を排出
することができる。

このため、部品数の減少の減少による軽量化及びコスト
低減を果すことができるとともにエネルギ消費の減少に
よる内燃機関運転効率の向上を果すことができる。また
、内燃機関２のクランク軸２２に設けた冷却ファン２４
の駆動により生じる冷却空気流の吸引力により窒素富化
空気を排出する”ことによって、取入口２８側に空気を
大量に供給し得て、これにより酸素富化空気装置４の周
辺を窒素富化空気で飽和させることなく酸素富化率を向
上させることができる。

第２・３図は、この発明の第２実施例を示すものである
。この第２実施例の特徴とするところは、窒素富化空気
の排出口を、内燃機関２の駆動により生ずる排気の流れ
る排気通路４６の排気ガス流４６ａに蕗ませて設けたこ
とにある。

即ち、第２図に示す如く、主ガス通路１０１の主ガス流
の流量をＧ１、圧力をＰｌ、温度をＴ１、主ガス通路１
０１の主ガス噴出口１０２の面積をＦｌ、噴出口１０２
から噴出する主ガス流の流速をＷｌとし、また、２次ガ
ス通路１０３の２次ガス流の流量を０２、圧力をＰ２、
温度をＴ２、主ガス噴出口１０２から噴出される主ガス
流により混合室１０４から吸引される２次ガス流の流速
をＷｌ、主ガス通路１０１の主ガス噴出口１０２前方に
設けた絞り部１０５先端の流出口１０６の面積をＦとす
ると、 となる。

つまり、主ガス噴出口１０２がら噴出される主ガス流に
より混合室１０４に生ずる負圧と、噴出される主ガス流
の粘性とによって、２次ガスは吸引されて２次ガス流を
生起することになる。

そこで、第３図に示す如く、内燃機関２の排気通路４６
の途中を絞って排気ガス噴出口４８を設け、この排気噴
出口４８を包囲する混合室５ｏを設けるとともに前記排
気ガス噴出口４８の前方の排気通路４６に絞り部５２を
設けて排出器５４を構成し、前記混合室５０に前記酸素
富化空気装置４の排出口３２をＱｐませて設けている。

これにより、排気ガス噴出口４８から噴出する排気ガス
流によって窒素富化空気は吸引されるので、排気ガスと
ともに排出することができる。

このため、従来の如き排出用ポンプを設けることなぐ・
窒素富化空気を排出し得て、これにより、部品数の減少
の減少による軽量化及びコスト低減を果すことができる
とともにエネルギ消費の減少による内燃機関運転効率の
向上を果すことができる。また、内燃機関２の駆動によ
り生じる排気ガス流の吸引力により窒素富化空気を排出
することによって、取入口２８側に空気を大量に供給し
得て、これにより酸素富化空気装置４の周辺を窒素富化
空気で飽和させることなく酸素富化率を向上させること
ができる。

さらに、この第２実施例によれば、空冷式の内燃機関２
のみならず、液冷式、水冷式を含む一般の内燃機関２に
も適用し得るので、汎用性が大となる効果を奏すること
ができる。

なお、自動車や２輪車の如く、走行中の対向気流により
ラム圧が得られる場合は、排出用ポンプを不要として窒
素富化空気を対向気流により排出することができるもの
である。

この場合に、第４図に示す如く、酸素濃縮体２０を包囲
して、内燃機関２の搭載された車両（図示せず）の進行
方向Ａの前方に指向して拡開する人口部５６と、中間の
狭窄部５８と、前記人口部５６よりも小径で車両の進行
方向Ａの後方に指向して拡開する出口部６０とを有する
絞り体６２を設けることもできる。この絞り体６２によ
って、対向気流６２ａによるラム圧をさらに増圧し得る
ので、窒素富化空気を対向気流６２ａにより排出し得て
、取入口２８側に増圧した空気を大量に供給し得て、こ
れにより酸素富化空気装置の周辺を窒素富化空気で飽和
させることなく酸素富化率を向上させることができる。

また、簡単な構成により、さらなる軽量化及びコスト低
減を果し得る。

〔発明の効果〕

このように、この発明によれば、酸素富化空気装置によ
って酸素富化空気を生成することにより残留生成される
窒素富化空気の排出口を内燃機関の駆動により生しる気
流に臨ませて設けたので、排出用ポンプを設けることな
く内燃機関の駆動により生じる気流の吸引力により窒素
富化空気を排出し得て、これにより部品数の減少の減少
による軽量化及びコスト低減を果し得るとともにエネル
ギ消費の減少による内燃機関運転効率の向上を果し得て
、また、内燃機関の駆動により生じる気流の吸引力によ
り窒素富化空気を排出することによって、取入口側に空
気を大量に供給し得て、これにより酸素富化空気装置の
周辺を窒素富化空気で飽和させることなく酸素富化率を
向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の第１実施例を示す内燃機関の酸素
富化空気装置の概略構成図である。 第２・３図は、この発明の第２実施例を示し、第２図は
理論説明図、第３図は酸素富化空気装置の概略構成図で
ある。 第４図は、別の実施例を示す酸素富化空気装置の概略構
成図である。 第５図は、従来例を示す酸素富化空気装置の概略構成図
である。 図において、２は内燃機関、４は酸素富化空気装置、２
４は冷却ファン、２６は酸素濃縮体、２８は取入口、３
２は取出口、３４は吸引用ポンプ、３８は連通路、４２
は排出口、４４は冷却空気通路、４６は排気通路、５４
は排出器、６２は絞り体である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、空気取入口から取入れた空気の酸素濃度を高め酸素
   富化空気を生成する酸素富化空気装置の前記酸素富化空
   気の取出口を内燃機関吸気系に連通させて設けるととも
   に前記酸素濃度を高めることにより残留生成される窒素
   富化空気の排出口を前記内燃機関の駆動により生じる気
   流に臨ませて設けたことを特徴とする内燃機関の酸素富
   化空気装置。