JPH01163456A - 内燃機関 - Google Patents

内燃機関

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JPH01163456A
JPH01163456A JP31976587A JP31976587A JPH01163456A JP H01163456 A JPH01163456 A JP H01163456A JP 31976587 A JP31976587 A JP 31976587A JP 31976587 A JP31976587 A JP 31976587A JP H01163456 A JPH01163456 A JP H01163456A
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清一 田辺
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根本 政明
Jun Izumi
順 泉
Yozo Tosa
土佐 陽三
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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〕 本発明はガソリンエンジン、ディーゼルエンジン及びガ
スエンジン等の内燃機関に関する。
〔従来の技術〕
内燃機関とは、燃料の燃焼によって生じた高温高圧のガ
スを直接ピストン及びタービン羽根などに作用させ、そ
の膨張によって燃料の燃焼熱を機械的仕事に変える熱機
関である。したがって、ガスタービン、シェツトエンジ
ン及ヒロケットも内燃機関に含めうるが9通常はシリン
ダー内で気体または液体燃料と空気との混合気を点火・
爆発させて、ピストンを動かす往復動式のものを指すこ
とが多い。なお、これらは。
燃料の種類からガソリンエンジン、ディーゼルエンジン
及びガスエンジンに大別される。
また、動作面からは4サイクル式と2サイクル式さらに
はロータリ式とに分けられるが、4サイクル式は第3図
に示される例のように吸気弁と排気弁とを備え、吸入・
圧縮・膨張・排気によるピストンの2往復で1回の動作
が完成する。2サイクル式は第4図に示される例のよう
に、吸排気弁を持たず、シリンダ壁にある掃気口および
排気孔をピストン側部で開閉し、ピストンの1往復で吸
入・圧縮および膨張・排気を行わせる。4サイクル式及
び2サイクル式とも圧縮端で点火・爆発する。っまり4
サイクル式ではクランク軸2回転で、2サイクル式では
クランク軸1回転で夫々1回の仕事をおこなう。
したがって、シリンダーの大きさと回転数が同じであれ
ば、2サイクル式は4サイクル式の約2倍の出力が得ら
れる。また、他にロータリ式もあシ、3つの部屋を持っ
たものが実用化されている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
近年、産業の発展を示すエネルギ消費量の増大に伴って
各種産業設備上の問題が発生しておシ、内燃機関もかか
る問題点への対応を余儀なくされている。
例えば、環境改善に係る排出ガス浄化をよシ経済的な手
法で改善すること、エネルギ経済的には燃料消費量の一
層の低減などが求められている。
内燃機関の排出ガスの成分は燃料性状によシ大きく異な
るが、主成分はN2.002及びH2Oであシ、他に大
気汚染物質とされているSOx 、  NOx 。
00、OnHm及び各種粒子状物質などが含まれている
これらのうち、大気汚染物質の排出量は少ない程望まし
く9表1に示す様に日本の自動車に対しては、 196
6年よシガソリン車に、まだ1974年以降にはディー
ゼル車に対しても規制が開始され、今日に至っている。
このような規制値に適合させるため、燃焼改善、未燃分
の処理及び排出ガスの処理など各種方法が提案され、一
部は実用に供されている。
(表1) 自動車排出ガス規制値の例(新車)これら各
種方法のうち、排出ガスの処理については1例えば排出
ガス浄化触媒中に排出ガスを通過させる方法が最も実用
的と思われるが。
装置の大きさ及び圧力損失等の点で一層の改善が求めら
れている。
この改善の一手法として、燃焼用酸化剤ガスとして酸素
富化空気を用いることが考えられている。即ち、こうす
ることによって、第1には内燃機関本体から排出される
ガスの総量が減少することによって後流側に設置される
排ガス浄化設備をはソそのガス量に応じて小さくするこ
とができる。第2には、 N2分の減少による燃焼の改
善であシ、特に低カロリー燃料の燃焼性向上、又未燃分
の低減及びNOx発生量の低減が計られることである。
ところがこのような酸素富化空気燃焼法はまだ実用化さ
れていない。その理由としては、酸素富化空気の製造装
置が大きすぎること、及び製造に要する動力がきわめて
多いことなどである。
本発明は上記に鑑みなされたもので、排ガスの浄化が充
分になされ、かつコンパクトな内燃機関を提供すること
を目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は前記問題点を解決するため9次の手段を採用し
たことを特徴とする。
(1)酸素富化装置として、PSA式空気分離装置(理
想的には往復動型PSA式空気分離装置)を採用したこ
と。
(2)  内燃機関本体とPSA装置とを有機的に結合
させる装置を採用したこと。
〔作用〕
前記手段を採用する事によシ、装置のコンパクト化及び
所要動力の低減が計・られ、経済的な内燃機関を提供す
ることができる。
〔実施例〕
以下図面を参照して本発明の詳細な説明する。
第1図に4サイクル式内燃機関にPSA式酸素富化装置
01を適用した例を示す。
同図に於て、PSA式酸素富化装置o1が必要とする動
力の大半を占める真空ポンプ02と空気圧縮機03とを
、4サイクル式内燃機関21から排出される高温高圧の
排気ガスによシ回転させられる排ガスタービン29とを
同軸として該タービン29により真空ボジプ02及び空
気圧縮機o3を駆動している。
即ち、空気が空気圧縮機03によシ加圧され。
空気溜04に入り、つづいて吸着塔06に送られ。
同浴06内の吸着剤によシN2が吸着され02’Jツチ
ガスが酸素富化空気溜07に貯えられる。この高圧ガス
は4サイクル式内燃機関21の給気弁22を経由してピ
ストン23の上部に送り込まれる。
続いて、該ガスは燃料噴射弁26から噴射される燃料と
混合され、圧縮爆発後ピストン23を押しさげクランク
軸24を回転させる。これにょシ機関21のエネルギが
外部に取出される。その後。
仕事を終えた燃焼ガスは排気弁25を経由して系外に排
出される。この排出ガスは約500’Cとがなシのエネ
ルギを保有しているので、これを排ガスタービン29に
導入することにより、該エネルギを回収することができ
る。
05はPSA用制御装置、08は空気人口弁。
09は酸素富化空気出口弁、10はN2 ’)ッチガス
排出弁、26は排気ガスマニホールドである。
第2図には、2サイクル式ディーゼル機関に。
PSA式酸素富化装置を適用した例を示す。
同図に於て、PSA式酸素富化装置01が必要とする動
力の大半を占める空気圧縮機03と往復動圧縮機04と
を、それぞれ排ガスタービン29と。
機関31のクランク軸24とにより駆動させる。
即ち、酸化剤ガスの源となる空気は、空気圧縮機03に
よシ昇圧され空気溜04に入シ、つづいて吸着剤内蔵の
往復動圧縮機061に送られる。
該空気は、上記圧縮機061内の吸着剤によシN2が吸
着される。これによシ02リッチガスが燃料混合器33
を経てシリンダ32内へ送シ込まれる。
上記ガスは、ピストン34の上昇に伴って圧縮され、ピ
ストン34が上死点近傍に達した時混合気カ爆発し、ピ
ストン34を押し下げてクランク軸24を回転させる。
これにより機関31のエネルギーが外部に取出される。
この取出された回転エネルギーの一部はカップリング8
6を介してPSA側の往復動圧縮機061を作動させる
ために使用される。ピストン34を押し下げたあとの燃
焼ガスは排気口38よυ外に出された後、排ガスタービ
ン29に導入されてこれを駆動し、空気圧縮機03を回
転せしめる。
尚、09は空気出口弁、  10はN2リッチガス排出
弁、12は往復動圧縮機06のピストン、13はシリン
ダ、14は圧縮機6のクランクシャフト。
18は空気入口孔、  19は酸素富化空気出口孔。
20はN2リッチガス排出孔である。
以上本発明の実施例について説明したが9本発明はこの
ような実施例にだけ局限されるものでなく2本発明の精
神を逸脱しない範囲で種々の設計の改変を施しうるもの
である。例えば次のような改変が挙げられる。
(1)  吸着剤が内蔵されている吸着塔もしくはシリ
ンダの数 (2)内燃機関の気筒数 (3)内燃機関の種類 (4)内燃機関の形式と、PSA式酸素富化装置の形式
との組合せ 〔発明の効果〕 本発明は以上のように構成されておシ9本発明によれば
次の利点がある。
(1)出力当りの排出ガス量を減することができるので
、排出ガス浄化装置のコンパクト化を図ることができる
(2)低カロリー燃料の燃焼が容易になるので。
対応可能燃料の種類、範囲が広がると共に。
水を混入させた燃料の使用も可能となシ、経済的な内燃
機関が提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は本発明の実施例を示す系統図である
。第8,4図は従来例を示す系統図である。 01:酸素富化装置、02:真空ポンプ、03:空気圧
縮機、06:吸着塔、21,81:ディーゼル機関、 
 061 :往復動圧縮機、29:排ガスタービン

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)水素、石炭及び各種炭化水素を燃料とし空気中の
    酸素を酸化剤とする内燃機関において、該内燃機関の空
    気吸込口と内燃機関との間に、酸素の濃度を高め得るP
    SA式酸素富化装置と、該PSA式酸素富化装置の駆動
    力の一部又は全部を該内燃機関の発生動力により供給す
    る動力伝達装置とを設けたことを特徴とする内燃機関。
  2. (2)水素、石炭及び各種炭化水素を燃料とし空気中の
    酸素を酸化剤とする内燃機関において、該内燃機関の空
    気吸込口と内燃機関との間に酸素の濃度を高め得るPS
    A式酸素富化装置と、該PSA式酸素富化装置の駆動力
    の一部又は全部を該内燃機関からの排出ガスにより供給
    する排ガスエネルギ回収装置とを設けたことを特徴とす
    る内燃機関。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE1010370A3 (nl) * 1996-06-18 1998-07-07 Moortgat Jozef Werkwijze en inrichting voor het optimaliseren van het verbrandingsproces in verbrandingsmotoren en verwarmings- of verbrandingsketels.
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JP2016166602A (ja) * 2015-03-10 2016-09-15 デンソー インターナショナル アメリカ インコーポレーテッド 内燃機関のエアシステムおよび内燃機関の運転方法

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