JPH07293367A - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】簡易な構造の内燃機関の吸気装置により、高い
酸素富化度合いを実現する。 【構成・作用】酸素富化手段８がエンジンの燃焼室と接
続されている。酸素富化手段８は、ハウジング９と、ハ
ウジング９内に保持されたゼオライト製のハニカム成形
体１２とからなる。エンジンが運転されることによりハ
ニカム成形体１２の下流側Ｂが負圧にされれば、ゼオラ
イトが空気中の窒素分子を吸着し、空気中の酸素濃度を
高くする。このとき、ハニカム成形体１２は、無数の通
気孔を有するため、圧力損失がほとんど上がることはな
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の吸気装置に関
し、詳しくは酸素濃度の高い空気を燃焼室に導入するこ
とのできる内燃機関の吸気装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般の内燃機関の吸気装置では、内燃機
関の燃焼室にエアクリーナが接続されている。この吸気
装置では、エアクリーナに内蔵されたエレメントが大気
中の空気を浄化し、浄化空気を燃焼室に導入することが
できる。しかし、かかる吸気装置では、大気中の酸素濃
度が２０％程度であり、浄化空気として酸素を８０％程
度の窒素と同時に燃焼室に導入しているため、内燃機関
の出力向上や燃料消費量の削減に限界があるとともに、
ＣＯｘ、ＮＯｘ等を排気ガス中に多量に含みやすいとい
う欠点がある。

【０００３】かかる欠点を改善すべく、特開昭５６−１
０７９４９号公報、実開昭６１−４３９５０号公報、実
開昭６１−５７１５９号公報及び実開昭６１−１５１０
６８号公報では、酸素分子を選択的に透過させる酸素透
過膜を採用することが提案されている。また、実開昭５
９−１６６８２０号公報では、空気中の窒素分子を吸着
するペレット状の吸着剤を採用することが提案されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、現状の酸素透
過膜は、上記公報に記載されているように、ポリカーボ
ネート、セルロース、ナイロン、テフロン、ポリプロピ
レン等の合成高分子素材又はポリビニルアルコール系繊
維からなり、これらは圧力損失が大きいものである。こ
のため、内燃機関の吸気装置として採用する場合には、
強制的に空気を燃焼室に導入させるブロア装置等と組み
合わされることが必要であり、構造が複雑かつ大型化
し、コストの高騰や大幅な設置スペースが生じてしま
う。また、この酸素透過膜では、圧力損失を低減すべく
薄膜化された酸素透過膜を採用すれば、酸素富化度合い
が低下してしまう。

【０００５】一方、吸着剤を採用した吸着式酸素分離装
置においても、吸着剤を備えた吸着筒を圧縮空気供給装
置、酸素富化空気排出装置、真空引き装置とともに内燃
機関の吸気装置として用いており、やはり内燃機関の吸
気装置として構造が複雑かつ大型化し、コストの高騰や
大幅な設置スペースが生じてしまう。また、ペレット状
の吸着剤では、少量の場合に窒素分子を吸着する面積が
さほど大きくなく、やはり高い酸素富化度合いを期待で
きない。

【０００６】本発明は、簡易な構造の内燃機関の吸気装
置により、高い酸素富化度合いを実現することを解決す
べき課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の内燃機関の吸気
装置は、上記課題を解決するため、内燃機関の燃焼室と
接続される酸素富化手段を有する内燃機関の吸気装置で
あって、前記酸素富化手段は、ハウジングと、該ハウジ
ング内に保持され、前記内燃機関による下流側の負圧で
前記空気中の窒素分子を吸着することにより前記空気中
の酸素濃度を高くする吸着粉末により主として成形さ
れ、無数の通気孔を有する酸素富化成形体と、からなる
という新規な構成を採用している。

【０００８】吸着粉末としては、ゼオライトを採用する
ことができる。そして、酸素富化成形体としては、特開
昭６０−１３２６４３号公報、特公平５−８３４８４号
公報記載のように、セピオライトやアタパルジャイトを
バインダとしたゼオライトのハニカム成形体を採用する
ことができる。また、不織布をハニカム形状に成形し、
これにゼオライトを担持させたハニカム成形体を採用す
ることができる。さらに、ナイロン等の消失性樹脂をバ
インダとしてゼオライトのハニカム成形体を形成し、こ
のハニカム成形体を４００〜５００℃で焼成することに
より得たハニカム焼成体を採用することもできる。ま
た、ゼオライトに消失性樹脂とともに発泡剤を添加した
混合物で成形体を形成し、この成形体を焼成することに
より連続気泡フォームの焼成体を採用することもでき
る。

【０００９】本発明の吸気装置では、酸素富化手段をエ
アクリーナの下流側に設けることが好ましい。本発明の
吸気装置では、酸素富化手段の下流側と内燃機関の燃焼
室との間に、吸着粉末に吸着した窒素分子を該下流側と
該燃焼室との間の圧力調整により離脱させる過給装置が
設けられていることが好ましい。

【００１０】本発明の吸気装置では、酸素富化手段に、
吸着粉末に吸着した窒素分子を加熱により離脱させる加
熱手段が設けられていることが好ましい。

【００１１】

【作用】本発明の内燃機関の吸気装置では、内燃機関が
運転されることにより酸素富化成形体の下流側が負圧に
されれば、酸素富化成形体を主として形成する吸着粉末
は、個々の粉末が空気中の窒素分子を吸着し、空気中の
酸素濃度を高くする。かかる作用は酸素分子と窒素分子
との分子の違いで行われる訳ではなく、窒素分子が四重
結合を有することから選択的に空洞内に吸着されること
で行われると考えられている。このとき、酸素富化成形
体は、無数の通気孔を有するため、ペレット状のものよ
りも表面積を大きく確保し、圧力損失がほとんど上がる
ことはない。このため、酸素濃度の高い空気を燃焼室に
導入させる際、必ずしも過給装置等を採用する必要な
く、酸素富化度合いを向上させることができる。

【００１２】そして、内燃機関を停止させた場合、酸素
富化成形体の下流側に負圧が作用しないため、吸着粉末
に吸着した窒素分子は離脱する。なお、離脱した窒素分
子はある程度の時間の経過により酸素富化手段外へ排出
される。このため、再び内燃機関を運転する場合、再生
された吸着粉末によって酸素富化度合いが向上する。本
発明の吸気装置において、酸素富化手段をエアクリーナ
の下流側に設けた場合には、エアクリーナにより浄化さ
れた大気中の空気が酸素富化手段に導かれるため、酸素
富化成形体が大気中の不純物で汚染されることがなく、
酸素富化成形体の耐久性が向上する。

【００１３】本発明の吸気装置において、酸素富化手段
の下流側と内燃機関の燃焼室との間に過給装置を設けた
場合には、吸着粉末に吸着した窒素分子を下流側と燃焼
室との間の圧力調整により一層容易に離脱させることが
できる。本発明の吸気装置において、酸素富化手段に加
熱手段を設けた場合には、吸着粉末に吸着した窒素分子
を酸素富化手段の加熱により一層容易に離脱させること
ができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明を具体化した実施例１、２を図
面を参照しつつ説明する。 （実施例１）この吸気装置では、図１に示すように、吸
気ボックス１にダクト１ａを経てエアクリーナ２が接続
され、エアクリーナ２の下流側にはダクト１ｂを経て酸
素富化手段８が接続されている。酸素富化手段８の下流
側にはダクト１ｃを経て過給装置としてのターボチャー
ジャ３の吸気側が接続され、ターボチャージャ３の吸気
側はスロットル４を経てインテークマニホールド５に接
続されている。インテークマニホールド５はエンジン６
の燃焼室（図示せず）に連通されている。また、燃焼室
はエキゾーストマニホールド７と連通され、エキゾース
トマニホールド７はターボチャージャ３の排気側と接続
されている。

【００１５】酸素富化手段８は、図２に示すように、第
１ケース９にダクト１ｂが接続される導入口９ａが形成
され、第１ケース９と固定バンド１０により接合された
第２ケース１１にダクト１ｃが接続される導出口１１ａ
が形成されている。第１ケース９と第２ケース１１との
間にはハニカム成形体１２が保持されている。このハニ
カム成形体１２は次のようにして得たものである。ま
ず、吸着粉末としてのゼオライト１０００重量部と、セ
ピオライト２００重量部と、水４００重量部とを混合
し、これをハニカム形状に成形する。この成形体を１５
０℃で３時間乾燥し、約４５０℃で１時間焼成する。こ
うして、ハニカム成形体１２が得られる。

【００１６】以上のように構成された吸気装置では、エ
ンジン６の始動により、吸気ボックス１からダクト１ａ
を経てエアクリーナ２に大気中の空気が導入される。エ
アクリーナ２に導入された空気はダクト１ｂを経て酸素
富化手段８に導入される。導入口９ａより導入された浄
化空気は、ハニカム成形体１２を経て導出口１１ａより
導出される。このとき、酸素富化手段８はエアクリーナ
２の下流側に設けられているため、エアクリーナ２内の
エレメントによりゴミ等の不純物が浄化された大気中の
空気が酸素富化手段８に導かれ、ハニカム成形体１２が
大気中の不純物で汚染されることがなく、ハニカム成形
体１２の耐久性が向上されている。そして、導出口１１
ａから導出された浄化空気は、ダクト１ｃを経てターボ
チャージャ３の吸気側に浄化空気として導出される。

【００１７】この間、エンジン６及びターボチャージャ
３によりハニカム成形体１２の下流側Ｂが大きく負圧に
されるため、ハニカム成形体１２を主として形成するゼ
オライトは、個々の粉末が空気中の窒素分子を吸着す
る。このため、浄化空気中の酸素が富化され、酸素濃度
が高くされた浄化空気がスロットル４、インテークマニ
ホールド５を経て燃焼室に導入される。ここで、ハニカ
ム成形体１２は、無数の通気孔を有するため、ペレット
状のものよりも表面積を大きく確保し、圧力損失がほと
んど上がることはない。

【００１８】そして、エンジン６を停止させた場合、下
流側Ｂの負圧がなくなるため、ゼオライトに吸着した窒
素分子が離脱し、ゼオライトが再生される。なお、離脱
した窒素分子はこの状態の維持により酸素富化手段８外
へ自然に排出される。このため、再びエンジン６を運転
させた場合、再生されたゼオライトによって酸素富化度
合いが向上する。

【００１９】また、エンジン６が運転され、ターボチャ
ージャ３が稼働されていない場合、下流側Ｂの負圧はタ
ーボチャージャ３が稼働されている場合と比較して小さ
くなるため、ゼオライトに吸着した窒素分子が離脱を始
め、ゼオライトは再生される。なお、離脱した窒素分子
はこの状態の維持により酸素富化手段８外へ自然に排出
される。このため、エンジン６を停止させていない場合
であっても、ゼオライトが再生され、再びターボチャー
ジャ３が稼働された場合、再生されたゼオライトによっ
て酸素富化度合いが向上する。なお、この実施例ではタ
ーボチャージャ３を搭載して浄化空気を燃焼室に過給さ
せているが、酸素濃度の高い浄化空気の導入に際して
は、必ずしもターボチャージャ３を採用する必要がな
い。

【００２０】こうして、この吸気装置では、車両の加速
時等には、下流側Ｂが大きく負圧にされて燃焼室内に高
い濃度の酸素が導入されるため、エンジン６の出力が向
上する一方、定速時等には下流側Ｂがさほど大きく負圧
にされないことから、次の加速時等に備えてゼオライト
の再生を行うことができる。したがって、この吸気装置
では、ゼオライトの再生のためにターボチャージャ３を
採用している点を除いて簡易な構造であり、これにより
高い酸素富化度合いを実現することができるため、低い
コストで、エンジン６の出力向上や燃料消費量の削減を
実現しかつ排気ガス中のＣＯｘ、ＮＯｘ等を低減するこ
とができる。

【００２１】また、この吸気装置では、ターボチャージ
ャ３の採用により、ゼオライトから窒素分子の離脱をよ
り短時間で行うことができるため、ゼオライトの再生を
確実に行い、次期運転時においても、エンジン６の高出
力及び低公害性を得ることができる。 （実施例２）この吸気装置では、図３に示すように、ハ
ニカム成形体１２の通気孔内に加熱手段としてのヒータ
線１３が介在されている。また、この吸気装置では、ダ
クト１ｃとスロットル４との間のターボチャージャ３を
排除している。他の構成は実施例１と同一であり、同一
の構成については同一符号を付し、詳説を省略する。

【００２２】この吸気装置では、エンジン６を始動させ
ることにより、エンジン６により下流側Ｂが負圧にされ
るため、ハニカム成形体１２のゼオライトが空気中の窒
素分子を吸着し、酸素濃度が高くされた浄化空気が燃焼
室に導入される。そして、この吸気装置において、エン
ジン６の停止中又は運転中、ヒータ線１３に通電すれ
ば、ゼオライトに吸着した窒素分子はヒータ線１３の加
熱により離脱される。このため、この吸気装置において
も、エンジン６を停止させていない場合であっても、ゼ
オライトを再生することができる。

【００２３】また、エンジン６を停止させてヒータ線１
３に通電すれば、ゼオライトに吸着した窒素分子は容易
に離脱し、ゼオライトが再生される。したがって、この
吸気装置では、ゼオライトの再生のためにヒータ線１３
を採用している点を除いて簡易な構造であり、これによ
り高い酸素富化度合いを実現することができるため、実
施例１と同様の効果を奏することができる。

【００２４】また、この吸気装置では、ヒータ線１３の
採用により、ゼオライトから窒素分子の離脱をより短時
間で行うことができるため、やはり実施例１と同様の効
果を奏することができる。そして、この吸気装置では、
エンジン６の運転中ばかりでなく、停止時においても、
ゼオライト１３の再生が可能であり、きわめて高い実用
性を発揮することができる。

【００２５】なお、上記実施例１、２では、ゼオライト
の再生のためにターボチャージャ３又はヒータ線１３を
採用したが、これらがない場合であっても、時間の経過
により窒素分子を自然にゼオライトから離脱させること
もできる。

【００２６】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の内燃機関
の吸気装置では、特許請求の範囲記載の構成を採用して
いるため、次のような優れた効果を発揮することができ
る。 （１）簡易な構造の内燃機関の吸気装置により、高い酸
素富化度合いを実現することができる。

【００２７】したがって、低いコストで、内燃機関の出
力向上や燃料消費量の削減を実現しかつ排気ガス中のＣ
Ｏｘ、ＮＯｘ等を低減することができる。 （２）酸素富化手段をエアクリーナの下流側に設けた場
合には、酸素富化成形体が大気中の不純物で汚染される
ことがないため、酸素富化成形体の耐久性を向上させる
ことができる。

【００２８】（３）酸素富化手段の下流側と内燃機関の
燃焼室との間に過給装置を設けた場合には、窒素分子の
離脱を確実に行うことができるため、吸着粉末の再生を
確実に行い、次期運転時においても、内燃機関の高出力
及び低公害性を得ることができる。 （４）酸素富化手段に加熱手段を設けた場合にも、窒素
分子の離脱を確実に行うことができるため、吸着粉末の
再生を確実に行い、次期運転時においても、内燃機関の
高出力及び低公害性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の吸気装置を示す模式構成図である。

【図２】実施例１の吸気装置に係り、酸素富化手段の断
面図である。

【図３】実施例２の吸気装置に係り、酸素富化手段の断
面図である。

【符号の説明】

６…エンジン（内燃機関） ８…酸素富化手段 ９、１１…ハウジング Ｂ…下流側 １２…ハニカム成形体（酸素富化成形体） ２…エ
アクリーナ ３…ターボチャージャ（過給装置）１３…ヒータ線（加
熱手段）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の燃焼室と接続される酸素富化手
   段を有する内燃機関の吸気装置であって、前記酸素富化
   手段は、ハウジングと、該ハウジング内に保持され、前
   記内燃機関による下流側の負圧で前記空気中の窒素分子
   を吸着することにより前記空気中の酸素濃度を高くする
   吸着粉末により主として成形され、無数の通気孔を有す
   る酸素富化成形体と、からなることを特徴とする内燃機
   関の吸気装置。
2. 【請求項２】酸素富化手段はエアクリーナの下流側に設
   けられていることを特徴とする請求項１記載の内燃機関
   の吸気装置。
3. 【請求項３】酸素富化手段の下流側と内燃機関の燃焼室
   との間には、吸着粉末に吸着した窒素分子を該下流側と
   該燃焼室との間の圧力調整により離脱させる過給装置が
   設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の
   内燃機関の吸気装置。
4. 【請求項４】酸素富化手段には、吸着粉末に吸着した窒
   素分子を加熱により離脱させる加熱手段が設けられてい
   ることを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の吸
   気装置。
5. 【請求項５】吸着粉末はゼオライトであることを特徴と
   する請求項１、２、３又は４記載の内燃機関の吸気装
   置。