JPS63189666A - 内燃機関の酸素富化装置 - 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装置に係り、特にエンジ
ン負荷状態に応じて第１スロットルバルブを開閉動作さ
せ、目標過給圧とすべく制御し、過給圧によって濃縮酸
素の生成を促進させ、エンジン出力の向上を図る内燃機
関の酸素富化装置に関する。

〔従来の技術〕

内燃機関の酸素富化装置は、酸素濃縮装置によって空気
中の酸素濃度を高めた酸素富化空気を内燃機関に供給さ
せ、燃焼効率を高め、出力・燃料消費率を向上させるも
のである。また、酸素富化空気を生成するためには、酸
素濃縮装置の上流側と下流側間に圧力差を生じせしめる
必要があり、この圧力差を生じせしめるために、酸素濃
縮装置に供給ポンプによって空気を供給するとともに、
酸素濃縮装置により生成された酸素富化空気を吸入ポン
プにより過給気として内燃機関内に供給させるものがあ
る（特開昭５８−１４３１１９号公報）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、内燃機関の酸素富化装置においては、過給機
の作動しない低負荷時に、全ての吸入空気を酸素濃縮装
置側から供給させた場合には、酸素富化膜の抵抗により
吸入空気量が低下し、エンジン出力が消失するという不
都合があるとともに、反対に、エアクリーナ側からのみ
空気を供給させた場合には、酸素濃縮の効果が全く得ら
れないという不都合がある。

また、過給機の作動する高負荷時に、全ての吸入空気を
酸素富化膜側から供給させた場合には、吸入空気の供給
量不足となり、エンジン出力が低下するという不都合が
あるとともに、反対に、エアクリーナ側からのみ空気を
供給させた場合には、従来の過給機付内燃機関と同一と
なってしまい、酸素濃縮装置を設けた効果が全く得られ
ないという不都合がある。

〔発明の目的〕

そこでこの発明の目的は、上述不都合を除去するために
、酸素濃縮装置の吸気通路への合流部位よりも上流側の
吸気通路に第１スロソトルハルブを設けるとともに下流
側の吸気通路には前記酸素濃縮装置に圧力差を生じせし
める過給機を設け、この過給機の下流側の吸気通路に気
化器用第２スロットルバルブを設け、前記過給機と第２
スロットルバルブ間の吸気通路に圧力センサを設け、エ
ンジン負荷状態信号を入力し目標過給圧を算出する目標
過給圧算出手段を設け、この目標過給圧算出手段からの
信号を入力するとともに前記圧力センサからの信号を入
力しエンジン負荷状態に応じて前記第１スロットルバル
ブを開閉動作させ目標過給圧とすべく制御する制御手段
を設けたことにより、エンジン負荷状態に応じて第１ス
ロットルバルブを開閉動作させ、目標過給圧としてこの
過給圧によって濃縮酸素の生成を促進させることができ
、エンジン出力を向上し得る内燃機関の酸素富化装置を
実現するにある。

〔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、酸素富化空気を
内燃機関に供給する酸素濃縮装置の吸気通路への合流部
位よりも上流側の吸気通路に第１スロットルバルブを設
けるとともに下流側の吸気通路には前記酸素濃縮装置に
圧力差を生じせしめる過給機を設け、この過給機の下流
側の吸気通路に気化器用第２スロットルバルブを設け、
前記過給機と第２スロットルバルブ間の吸気通路に圧力
センサを設け、エンジン負荷状態信号を入力し目標過給
圧を算出する目標過給圧算出手段を設け、この目標過給
圧算出手段からの信号を入力するとともに前記圧力セン
サからの信号を人力しエンジン負荷状態に応じて前記第
１スロットルバルブを開閉動作させ目標過給圧とすべく
制御する制御手段を設けたことを特徴とする。

〔作用〕

上述の如く構成したことにより、目標過給圧算出手段か
らの信号と第１圧力センサからの信号とを制御手段に入
力させ、エンジン負荷状態に応じて第１スロットルバル
ブを開閉動作させ、目標過給圧としてこの過給圧を酸素
濃縮装置に作用させ、濃縮酸素の生成を促進させ、エン
ジン出力を向上させている。

〔実施例〕

以下図面に基づいてこの発明の実施例を詳細に説明する
。

第１〜６図はこの発明の実施例を示すものである。第１
図において、２は内燃機関の酸素富化装置、４は吸気通
路、６はエアクリーナ、８はサージタンク、１０は気化
器、１２はエンジン、１４は排気通路、１６はマフラで
ある。

前記吸気通路４に酸素富化空気を生成する酸素濃縮装置
１８を接続して設け、この酸素濃縮装置１８内に酸素富
化膜２０を備えるとともに、酸素濃縮装置１８の吸気通
路４への合流部位よりも上流側且つ前記エアクリーナ６
よりも下流側の第１吸気通路４−１の途中に非濃縮空気
絞り用第１スロットルバルブ２２を設ける。

また、前記酸素濃縮装置１８の吸気通路４への合流部位
よりも下流側の第２吸気通路４−２には酸素濃縮装置１
８に圧力差を生じせしめる排気タービン式過給８２４の
コンプレッサ２６を設け、このコンプレッサ２６よりも
下流側の第３吸気通路４−３に、前記サージタンク８を
介して気化器１０を設け、この気化器１０内に第２スロ
ットルバルブ２８を設けるとともに、気化器ｌＯを第４
吸気通路４−４によって前記エンジン１２に接続する。

更に、前記過給機２４のコンプレッサ２６と第２スロッ
トルバルブ２８間の第３吸気通路４−３、例えばサージ
タンク８に第１圧力センサ３０を設けるとともに、第２
スロットルバルブ２８の下ｉ側の第４吸気通路４−４に
エンジン負荷状態を検出しエンジン負荷状態信号を出力
する第２圧力センサ３２を設ける。

前記エンジン１２にはエンジン回転数を検出しエンジン
負荷状態信号を出力する回転センサ３４を設ける。

また、前記排気通路１４途中に前記過給機２４のタービ
ン３６を設け、このタービン３６よりも下流側の排気通
路１４には前記マフラ１６を介設する。

更に、前記第２圧力センサ３２と回転センサ３４との信
号を入力しエンジン負荷状態に応じた目標過給圧、つま
り低負荷時に前記サージタンク８の圧力を大気圧より少
許低くするとともに、高負荷時にはサージタンク８の圧
力を大気圧より少許高くした目標過給圧を算出する目標
過給圧算出手段、例えばマツプ部３８を設ける。

更にまた、このマツプ部３８からの信号を入力するとと
もに前記第１圧力センサ３０の信号を入力し前記第１ス
ロットルバルブ２２を開閉動作させエンジン負荷状態に
応じた目標過給圧とすべく制御する制御手段４０を設け
る。詳述すれば、制御手段４０は、前記第１スロットル
バルブ２２を駆動用アクチュエータ４２によって開閉動
作させ、機関運転状態に応じた目標過給圧に数ｍ５ｅｃ
毎にＰＩ（比例積分）制御すべく構成される。

また、前記酸素濃縮装置１８は、第２図に示す如く、ケ
ース４４と、このケース４４内に設けた前記酸素富化膜
２０と、酸素富化膜２０の吸入側部位に設けられるエア
クリーナ４６とによって形成される。前記ケース４４の
酸素濃縮空気用出口４４を側はある程度の負圧に保たれ
、前記酸素富化膜２０の両側に圧力差を生じせしめ、低
圧側の出口４４を側に酸素濃縮空気を生成するものであ
る。

第４図は第２圧力センサ３２の負圧と前記回転センサ３
４の出力によるエンジン回転数との関係を示す目標過給
圧マツプである。第５図は前記酸素富化膜２０の低圧側
圧力（Ｔｏｒｒ、トリチェリ）と濃縮空気流量（Ｎ　１
７ｍ　ｉ　ｎ）の関係による特性を示す図、第６図は前
記酸素富化膜２０の低圧側圧力（Ｔｏｒｒ）と濃縮空気
酸素濃度（％）の関係による特性を示す図である。

なお符号４８は前記過給機２４に設けたウェストゲート
アクチュエータ、５０はウェストゲートバルブである。

次に作用を制御用フローチャートに沿って説明する。

機関駆動時に、前記第２圧力センサ３２と回転センサ３
４との信号によってマツプ部３８で目標過給圧ＰＭを算
出し、この目標過給圧ＰＭを制御手段４０に読込ませる
（１００）。

そして、前記第１圧力センサ３０によって圧力を検出し
、今回の値ＰＩを求め、値Ｐ、を制御手段４０に読込ま
せる（１０２）。

次に、この制御手段４０において今回の第１スロットル
バルブ２２の位置θの変化分Δθを、次式、 Δθ＝Ｋｐ　　（ＰＨ−Ｐ　＋） ＋Ｋｒ　　（Ｐ＋　α−Ｐ＋） によって求め（１０４）、前回の第１スロットルバルブ
２２の位置θαに変化分Δθを加えて今回の第１スロッ
トルバルブ２２の位置θを求める（１０６）。

更に、今回の第１圧力センサ３０の値ＰＩを前回の第１
圧力センサ３０の値ＰＩαとして置き換えるとともに、
今回の第１スロットルバルブ２２の位置θを前回の第１
スロットルバルブ２２の位置θαに置き換え（１０８）
　、前述の目標過給圧ＰＭの読込み（１００）の処理に
戻る。

これにより、過給機の作動しない低負荷時には、前記第
１スロットルバルブを開閉動作させてサージタンクの圧
力を大気圧より少許低い目標過給圧に制御し、酸素富化
空気を使用せず、エンジン出力が消失するのを防止でき
る。

また、過給機が作動する高負荷時には、第１スロットル
バルブを開閉動作させてサージタンクの圧力を大気圧よ
り少許高い目標過給圧に制御し、酸素富化膜側から空気
を供給させるとともに、エアクリーナ側からも酸素富化
空気を供給させ、吸入空気の供給量不足を防止でき、ま
た過給の代わりに酸素濃度を上昇させて機関のボンピン
グロスを低下させ、酸素富化空気によって効率の良くエ
ンジン出力を向上させることができる。

更に、酸素濃縮装置内の酸素富化膜の能力が内燃機関の
要求能力より小さい場合や汚れ等によって酸素富化膜の
空気抵抗が増加した場合でも、内燃機関に追従して効率
良く酸素富化空気をエンジンに供給することができ、実
用上有利であるとともに、エンジン出力の向上に寄与し
得る。

なお、この発明は上述実施例に限定されるものではなく
、種々の応用改変が可能である。

例えば、この発明の実施例においては、目標過給圧を算
出する目標過給圧算出手段、例えばマツプ部に第２圧力
センサと回転センサとの信号を人力させるべく構成した
が、機関の負荷状態を検出できるものであればよく、第
２圧力センサと回転センサとのいずれか一方の信号、あ
るいはその他の検出機器による信号を入力させ、目標過
給圧を算出することもできる。

また、この発明の実施例においては、目標過給圧算出手
段、例えばマツプ部からの信号と第１圧力センサからの
信号とを入力し第１スロットルバルブを開閉動作させエ
ンジン負荷状態に応じた目標過給圧とすべく制御する制
御手段を、数ｍ５ｅｃ毎にＰＩ（比例積分）制御すべく
構成したが、ＰＩ（比例積分）制御のみでなく、例えば
ＰＩＤ（比例積分微分）制御やＩ−ＰＤ　（積分−比例
微分）制御、あるいは他の補償器による制御も可能であ
る。

更に、この発明の実施例においては、前記制御手段４０
において今回の第１スロットルバルブ２２の位置θの変
化分Δθを求める際に、ＫＰ、Ｋｌを夫々０より大きい
定数に設定したが、Ｋｌ＝Ｏとし、ＫＰのみによる制御
動作とすることも可能である。

更にまた、この発明の実施例においては、第２圧力セン
サと回転センサとを設け、これら第２圧力センサと回転
センサとの夫々の信号を入力し目標過給圧を算出する目
標過給圧算出手段たるマツプ部を設け、このマツプ部か
らの信号を入力するとともに第１圧力センサの信号を入
力しエンジン負荷状態に応じて第１スロットルバルブを
開閉動作させ目標過給圧とすべく制御する制御手段を設
けたが、前記第２圧力センサと回転センサ、更にマツプ
部を取り除き、目標過給圧を常に大気圧とすべく第１圧
力センサの信号を入力し第１スロットルバルブを開閉動
作させて目標過給圧とすべく制御手段によって制御する
ことも可能である。さすれば、内燃機関の酸素富化装置
の構成を簡略化でき、コストの低減に寄与するものであ
る。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明した如くこの発明によれば、酸素濃縮装
置の吸気通路への合流部位よりも上流側の吸気通路に第
１スロットルバルブを設けるとともに下流側の吸気通路
には前記酸素濃縮装置に圧力差を生じせしめる過給機を
設け、この過給機の下流側の吸気通路に気化器用第２ス
ロットルバルブを設け、前記過給機と第２スロットルバ
ルブ間の吸気通路に圧力センサを設け、エンジン負荷状
態信号を入力し目標過給圧を算出する目標過給圧算出手
段を設け、この目標過給圧算出手段からの信号を入力す
るとともに前記圧力センサからの信号を入力しエンジン
負荷状態に応じて前記第１スロットルバルブを開閉動作
させ目標過給圧とすぺ（制御する制御手段を設けたので
、エンジン負荷状態に応じて第１スロットルバルブを開
閉動作させ、目標過給圧とし、この目標過給圧によって
濃縮酸素の生成を促進させることができ、エンジン出力
を向上させ得る。また、酸素濃縮装置内の酸素富化膜の
能力が内燃機関の要求能力より小さい場合や汚れ等によ
って酸素富化膜の空気抵抗が増加した場合でも、内燃機
関に追従して効率良く酸素富化空気をエンジンに供給で
き、実用上有利である。

【図面の簡単な説明】

第１〜６図はこの発明の実施例を示し、第１図は内燃機
関の酸素富化装置の概略説明図、第２図は内燃機関の酸
素富化装置の要部拡大図、第３図は内燃機関の酸素富化
装置の制御用フローチャートを示す図、第４図は第２圧
力センサとエンジン回転数との関係を示す目標過給圧マ
ツプ、第５図は低圧側圧力と濃縮空気流量の関係を示す
図、第６図は低圧側圧力と濃縮空気酸素濃度の関係を示
す図である。 図において、２は内燃機関の酸素富化装置、４は吸気通
路、６はエアクリーナ、８はサージタンク、１０は気化
器、１２はエンジン、１４は排気通路、１６はマフラ、
１８は酸素濃縮装置、２０は酸素富化膜、２２は第１ス
ロットルバルブ、２４は排気タービン式過給機、２６は
コンプレッサ、２８は第２スロットルバルブ、３０は第
１圧力センサ、３２は第２圧力センサ、３４は回転セン
サ、３６はタービン、３８はマツプ部、４０は制御手段
、４２はアクチュエータ、４４はケース、４６はエアク
リーナ、４８はウェストゲートアクチュエータ、５０は
ウェストゲートバルブである。 図面の＋？ｒ古 第１図 ｕ 第２図 第３図 第４図 第５図　　　　　　第６図 七（圧僧ＩＦＬｆＪ（１”ｏｒｒＪ　　　　　　　　　
　　１ＥｎｌｌＪＥ力（Ｔｏｒｒ］手３売釘Ｉｔ正書　
（方式） ％式％ １、事件の表示 特願昭６２−０１９６１９号 ２、発明の名称 内燃機関の酸素富化装置 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住　所　　静岡県浜名郡可美村高塚３００番地名　称　
　（２０Ｂ）鈴木自動車工業株式会社代表者　鈴　木　
　修 ４、代　理　人　〒１０５　　置　　０３−４３８−２
２４１　　（代表）住　所　　東京都港区虎ノ門３丁目
４番１７号６、補正の対象　　　　図面 ７、補正の内容　　　　正式図面を提出する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、酸素富化空気を内燃機関に供給する酸素濃縮装置の
   吸気通路への合流部位よりも上流側の吸気通路に第１ス
   ロットルバルブを設けるとともに下流側の吸気通路には
   前記酸素濃縮装置に圧力差を生じせしめる過給機を設け
   、この過給機の下流側の吸気通路に気化器用第２スロッ
   トルバルブを設け、前記過給機と第２スロットルバルブ
   間の吸気通路に圧力センサを設け、エンジン負荷状態信
   号を入力し目標過給圧を算出する目標過給圧算出手段を
   設け、この目標過給圧算出手段からの信号を入力すると
   ともに前記圧力センサからの信号を入力しエンジン負荷
   状態に応じて前記第１スロットルバルブを開閉動作させ
   目標過給圧とすべく制御する制御手段を設けたことを特
   徴とする内燃機関の酸素富化装置。 ２、前記目標過給圧算出手段は、前記過給機と第２スロ
   ットルバルブ間の吸気通路に第１圧力センサを設けると
   ともに第２スロットルバルブの下流側の吸気通路に第２
   圧力センサを設け、この第２圧力センサとエンジン回転
   数を検出する回転センサとの信号を入力し、低負荷時に
   サージタンクの圧力を大気圧より少許低くするとともに
   高負荷時にはサージタンクの圧力を大気圧より少許高く
   した目標過給圧を算出し制御手段に信号を出力する目標
   過給圧算出手段である特許請求の範囲第１項に記載の内
   燃機関の酸素富化装置。