JPH0375733B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、エンジンの吸気装置に関し、特に空
気中の酸素含有比率を増大させる酸素濃度富化装
置を備えたエンジンの吸気装置に関するものであ
る。

（従来の技術） 一般に、エンジンは、空気に燃料を所定の空燃
比で供給して燃焼させ、この熱エネルギーを輸出
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、酸素が約21％、窒素が約
78％を占め、残りをアルゴン、炭素ガス、水素等
の気体が占めている。そのうち、酸素のみが実質
的に燃焼に寄与するものであり、大きな比率を占
める窒素は、逆に、吸熱作用を有するため、燃焼
速度を遅らせる燃焼安定性を悪化させて燃焼を阻
害する働きをするものである。

そのため、従来、例えば特開昭56−50253号公
報に開示されているように、空気中の酸素含有比
率を増大させる酸素濃度富化装置をエンジンに備
えて、該酸素濃度富化装置によつて富化された酸
素リツチ空気をエンジンに供給することにより、
吸入空気の酸素含有比率をできるだけ高めてエン
ジンの燃焼性等の改善を図るようにしたものが提
案されている。尚、上記酸素濃度富化装置の原理
手法としては、(イ)上記公報に記載の如くシリコン
系ゴム膜を多層重ねた酸素透過膜を用い、該酸素
透過膜の一方側から空気を送り他方側から吸引し
て、この圧力差による酸素と窒素との溶解速度の
差により酸素を多く透過させて酸素リツチ空気を
得るいわゆる酸素透過方法、及び(ロ)ペレツト状の
合成ゼオライトを充填した容器に空気を加圧して
送り、窒素をゼオライトに多く吸着させ、浮遊し
た酸素を取出して酸素リツチ空気を得るいわゆる
窒素吸着方法が主に知られている。

（発明が解決しようとする課題） ところで、上記のような酸素濃度富化装置によ
つて富化された酸素リツチ空気をエンジンの燃焼
室全体に均一に分布するように供給すると、燃焼
性は改善される反面、特にエンジンの高負荷運転
時には燃焼温度が上昇しすぎて、エンジンの耐久
性を低下させるという問題がある。

そこで、本発明は斯かる点に鑑み、上記の如き
酸素濃度富化装置によつて富化された酸素リツチ
空気のみをエンジンの燃焼室の点火プラグ近傍に
偏在させるように供給し、混合気は燃焼室の他の
部分に吸入することにより、点火プラグによる点
火火花の飛びを良くして着火性を向上させつつ、
上記点火プラグ及び吸・排気弁等が配置される燃
焼室上部での燃焼を抑制して燃焼温度の上昇によ
るエンジンの耐久性の低下を防止することを目的
とするものである。

（課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するため、本発明の解決手段
は、空気中の酸素含有比率を増大させる酸素濃度
富化装置を備えたエンジンを対象とする。そし
て、主に空気と燃料との混合気をエンジンの燃焼
室に供給するための主吸気通路と、上記酸素濃度
富化装置によつて富化された酸素リツチ空気のみ
をエンジンの燃焼室に供給するための酸素リツチ
空気供給通路とを備える。上記酸素リツチ空気供
給通路は、上記酸素リツチ空気のみをエンジンの
燃焼室の点火プラグ近傍に噴射せしめるようエン
ジンの燃焼室に上記点火プラグに向けて開口し、
上記主吸気通路は、上記混合気を上記燃焼室の点
火プラグ近傍以外の部分に吸入せしめるようエン
ジンの燃焼室に開口しているものとする。

（作用） これにより、本発明では、酸素リツチ空気供給
通路からは酸素リツチ空気のみが燃焼室の点火プ
ラグ近傍に噴射されて該点火プラグ近傍に偏在す
ることになるので、この酸素リツチ空気により点
火プラグの点火火花の飛びが良くなり、点火プラ
グによる着火が確実に行われる。一方、主吸気通
路からは主に混合気が燃焼室の上記点火プラグ近
傍以外の部分に吸入されるので、上記点火プラグ
及び吸・排気弁等が配置される燃焼室上部での燃
焼が抑制されることになり、燃焼温度の上昇が抑
えられる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。

第１図及び第２図は本発明の第１実施例を示
す。第１図において、１はエンジン、２は一端が
エアクリーナ３を介して大気に開口し他端がエン
ジン１に開口して通常の大気（空気）を吸入空気
としてエンジン１に主に混合気を供給する主吸気
通路、４は一端が大気に開口し他端がエンジン１
に開口してエンジン１からの排気を排出する排気
通路である。上記主吸気通路２には上流から順
に、吸入空気量を検出する吸入空気量検出器５、
吸入空気量を制御するスロツトバルブ６、及び燃
料を噴射する燃料噴射弁７が配設されており、上
記吸入空気量検出器５は制御回路８を介して上記
燃料噴射弁７に接続されている。尚、９は吸気
弁、１０は排気弁、１１は点火プラグ、１ａは燃
焼室である。

また、上記主吸気通路２の吸入空気量検出器５
上流には該主吸気通路２を開閉制御する開閉弁１
２が配設されている一方、上流端が該開閉弁１２
上流の主吸気通路２に開口し下流端が開閉弁１２
下流で吸入器空気量検出５上流の主吸気通路２に
開口して上記開閉弁１２をバイパスする酸素リツ
チ空気供給通路１３が主吸気通路２に並設されて
いる。該酸素リツチ空気供給通路１３の途中に
は、ケース１４内に収納された円筒形状の酸素透
過膜１５が、その外周部を酸素リツチ空気供給通
路１３の上流側に、内周部を酸素リツチ空気供給
通路１３の下流側に連通せしめて配設されている
とともに、該酸素透過膜１５上流の酸素リツチ空
気供給通路１３には送給ポンプ１６が、また酸素
透過膜１５下流の酸素リツチ空気供給通路１３に
は吸込ポンプ１７がそれぞれ介設されている。さ
らに、上記吸込ポンプ１７下流の酸素リツチ空気
供給通路１３には、該酸素リツチ空気供給通路１
３を開閉制御する酸素濃度制御弁１８が配設さ
れ、該酸素濃度制御弁１８はリンケージ１９を介
して上記開閉弁１２と相反する方向に開閉作動す
るように連動されている。

さらに、上記酸素透過膜１５の外周部には、一
端が大気に開口した窒素リツチ空気排出通路２０
が連通されているとともに、一端が上記酸素リツ
チ空気供給通路１３の吸込ポンプ１７と酸素濃度
制御弁１８との間に開口し他端が上記窒素リツチ
空気排出通路２０の途中に開口するリリーフ通路
２１が設けられている。該リリーフ通路２１の途
中にはリリーフ通路２１を開閉制御するリリーフ
弁２２が介設されている。

以上により、送給ポンプ１６及び吸込ポンプ１
７の作動により生じる酸素透過膜１５の内外周部
の圧力差により、該酸素透過膜１５を透過する空
気のうち酸素を多く透過させて空気中の酸素含有
比率を増大させ、この酸素リツチ空気を、酸素濃
度制御分１８の開作動時でかつリリーフ弁２２の
閉作動時に酸素リツチ空気供給通路１３を介して
エンジン１の燃焼室１ａに供給するようにした酸
素濃度富化装置２３が構成されている。

そして、本発明の特徴として、２４はエンジン
１の回転数をエンジン１のクランク軸１ｂの回転
数により検出する回転数検出器、２５はスロツト
ルバルブ６の開度を検出するスロツトル開度検出
器であつて、これら各検出器２４，２５は上記制
御回路８に入力接続されている。また、２６は上
記リンケージ１９に連結されて開閉弁１２及び酸
素濃度制御弁１８を作動制御するサーボモータよ
りなる酸素濃度制御装置であつて、該酸素濃度制
御装置２６及び上記リリーフ弁２２は制御回路８
に接続されている。

さらに、２７は上記酸素リツチ空気供給通路１
３の酸素濃度制御弁１８下流から分岐し、上記酸
素濃度富化装置２３によつて富化された酸素リツ
チ空気のみをエンジン１に供給するための分岐通
路であつて、該分岐通路２７の他端はエンジン１
の燃焼室１ａに点火プラグ１１に向けて開口して
おり、該分岐通路２７からの酸素リツチ空気を燃
焼室１ａの点火プラグ１１近傍に噴射せしめて該
点火プラグ１１近傍に偏在させるように構成され
ている。尚、上記主吸気通路２は主に混合気を燃
焼室１ａの上記点火プラグ１１近傍以外の部分に
吸入せしめるよう該燃焼室１ａに開口している。

上記制御回路８は、第２図に示すように、吸入
空気量検出器５及び回転数検出器２４からの検出
信号に基づいて燃焼噴射信号をパルス信号として
出力する燃料噴射量決定回路２８と、該燃料噴射
量決定回路２８からの燃料噴射量信号に応じて燃
料噴射弁７を駆動制御する燃料噴射弁駆動回路２
９とを備え、吸入空気量及びエンジン回転数に応
じて燃料噴射弁７からの燃料噴射量を制御するよ
うにしている。

また、上記制御回路８には、回転数検出器２４
及びスロツトル開度検出器２５からの検出信号に
基づいてエンジンの負荷状態に相当する負荷状態
信号を出力する負荷状態検出回路３０と、該負荷
状態検出回路３０からの負荷状態信号を基準レベ
ルと比較して低負荷運転時に低負荷時信号を出力
する比較器３１と、該比較器３１からの低負荷時
信号を受けて酸素濃度制御装置２６及びリリーフ
弁２２を駆動制御する駆動回路３２とが具備され
ている。よつて、エンジンの低負荷運転時には、
酸素濃度制御装置２６を作動制御して開閉弁１２
を閉作動させ酸素濃度制御弁１８を開作動させる
とともにリリーフ弁２２を閉作動させることによ
り、酸素濃度富化装置２３からの酸素リツチ空気
を酸素リツチ空気供給通路１３から主吸気通路２
を介して混合気と共にエンジン１に供給するとと
もに分岐通路２７を介して酸素リツチ空気のみを
エンジン１に供給する一方、エンジンの高負荷運
転時には、酸素濃度制御装置２６の不作動により
開閉弁１２を開作動させ酸素濃度制御弁１８を閉
作動させるとともにリリーフ弁２２を開作動させ
ることにより、通常の混合気を主吸気通路２を介
してエンジン１に供給し、酸素濃度富化装置２３
からの酸素リツチ空気をリリーフ通路２１を介し
てリリーフするように構成されている。

したがつて、上記第１実施例においては、燃焼
性の比較的悪いエンジンの低負荷運転時には、酸
素リツチ空気供給通路１３からの酸素リツチ空気
が主吸気通路２を介して混合気と共にエンジン１
に供給されるとともに、分岐通路２７を介して酸
素リツチ空気のみがエンジン１に供給される。こ
のことにより、特に分岐通路２７からの酸素リツ
チ空気のみの供給によつて酸素リツチ空気が燃焼
室１ａの点火プラグ１１近傍に偏在するようにな
り、その結果、点火プラグ１１の点火火花の飛び
が良くなつて着火が確実に行われるので、エンジ
ン低負荷時の着火性を向上させることができる。
ひいては、空燃比のリーン化が可能となつて燃費
の向上を図ることができるとともに、排気還流装
置を備えたエンジンにおいては排気還流量の増量
が可能となつてエミツシヨン性能の向上を図るこ
とができる。また、この場合、酸素リツチ空気の
点火プラグ１１近傍の偏在により、該点火プラグ
１１及び吸・排気弁９，１０等が配置される燃焼
室１ａ上部での燃焼が抑制されるので、エンジン
１全体の燃焼温度の上昇を可及的に抑え、エンジ
ンの耐久性の低下を防止することができる。

一方、エンジンの高負荷運転時には、酸素リツ
チ空気のエンジン１への供給は停止されて通常の
混合気がエンジン１に供給されることにより、通
常のエンジンと同様の良好なエンジン性能が確保
される。また、酸素リツチ空気の供給によるオー
バーヒートや過給作用がないので、エンジンの耐
久性の向上を図ることができる。

第３図は本発明の第２実施例として副燃焼室
１′ｃを備えたエンジン１′に適用した例を示す
（尚、第１図と同一部分については同一の符号を
付してその説明は省略する）。

すなわち、酸素リツチ空気供給通路１３の酸素
濃度制御弁１８下流から分岐した分岐通路２７′
の他端が、点火プラグ１１′を配設した副燃焼室
１′Ｃに開口しており、該分岐通路２７′からの酸
素リツチ空気のみが点火プラグ１１′近傍に偏在
するように構成されている。よつて、上記第１実
施例と同様の作用効果を奏することができるもの
である。

尚、本発明は上記各実施例に限定されるもので
はなく、その他種々の変形例をも包含するもので
ある。例えば、上記実施例では、酸素濃度富化装
置２３として酸素透過法によるものについて述べ
たが、窒素吸着法によるものに対しても適用でき
るのは勿論である。

また、上記実施例では、エンジンの低負荷運転
時に酸素リツチ空気をエンジン１に供給する場合
について述べたが、これに限定されるものではな
いことは言うまでもない。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、酸素濃
度富化装置を備えたエンジンにおいて、該酸素濃
度富化装置によつて富化された酸素リツチ空気の
みを燃焼室の点火プラグ近傍に偏在させ、混合気
は燃焼室の他の部分に吸入させるようにしたの
で、点火火花の飛びを良くする一方、点火プラグ
及び吸・排気弁等が配置される燃焼室上部での燃
焼を抑制することで、エンジンの耐久性の低下を
防止しながらエンジンの着火性を効果的に向上さ
せることができ、燃費及びエミツシヨン性能の向
上を図ることができるものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図及び第２
図は第１実施例を示し、第１図は全体概略構成
図、第２図は制御回路のブロツク図、第３図は第
２実施例を示す要部概略構成図である。 １，１′……エンジン、１ａ……燃焼室、１′ｃ
……副燃焼室、２……主吸気通路、５……吸入空
気量検出器、６……スロツトルバルブ、８……制
御回路、１１，１１′……点火プラグ、１２……
開閉弁、１３……酸素リツチ空気供給通路、１５
……酸素透過膜、１６……送給ポンプ、１７……
吸込ポンプ、１８……酸素濃度制御弁、２１……
リリーフ通路、２２……リリーフ弁、２３……酸
素濃度富化装置、２４……回転数検出器、２５…
…スロツトル開度検出器、２６……酸素濃度制御
装置、２７，２７′……分岐通路、３０……負荷
状態検出回路、３１……比較器、３２……駆動回
路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 空気中の酸素含有比率を増大させる酸素濃度
   富化装置を備えたエンジンにおいて、 主に空気と燃料との混合気をエンジンの燃焼室
   に供給するための主吸気通路と、上記酸素濃度富
   化装置によつて富化された酸素リツチ空気のみを
   エンジンの燃焼室に供給するための酸素リツチ空
   気供給通路とを備え、 上記酸素リツチ空気供給通路は、上記酸素リツ
   チ空気のみをエンジンの燃焼室の点火プラグ近傍
   に噴射せしめるようエンジンの燃焼室に上記点火
   プラグに向けて開口し、上記主吸気通路は、上記
   混合気を上記燃焼室の点火プラグ近傍以外の部分
   に吸入せしめるようエンジンの燃焼室に開口して
   いることを特徴とするエンジンの吸気装置。