(57)【要約】【課題】小型で酸素富化の処理能力が高いエンジンの吸気装置を提供することを課題とする。【解決手段】図（ａ）に示されるように、圧縮された空気を、圧縮空気誘導管２２から耐圧容器２３に入れると、酸素富化器２４の外側が高圧になる。圧縮された空気４１は、低圧側である酸素富化器２４の内側へ移動しようとし、酸素富化膜３８を通過する。（ｂ）に示すように、酸素富化膜３８を通過した酸素濃度の高い空気４２は、高濃度酸素誘導路３６を介して高濃度酸素貯留室２５に入り、高濃度酸素管２６に送られる。一方、酸素富化膜３８を通過しない酸素濃度の低い空気４３は、酸素富化膜３８の表面上を流れ、低濃度酸素誘導路３３から掃気される。【効果】酸素の密度を高くし、酸素富化器の酸素富化膜の前後で圧力差を大きくするので、酸素富化の処理能力を高くすることができる。【選択図】図４
2010270681.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素濃度の高い空気をエンジンに供給するエンジンの吸気装置において、
このエンジンの吸気装置は、前記エンジンの近傍に設けられ空気を圧縮する空気圧縮機と、この空気圧縮機に接続され前記圧縮された空気を取り込む耐圧容器と、この耐圧容器に収納され前記圧縮された空気を酸素濃度の高い空気と酸素濃度の低い空気とに分離する酸素富化器と、この酸素富化器に接続され分離された酸素濃度の高い空気を貯留する高濃度酸素貯留室と、からなり、
前記空気圧縮機で圧縮することで前記酸素濃度の高い空気を前記エンジンの吸気管に導き、前記酸素濃度の低い空気を前記耐圧容器から掃気することを特徴とするエンジンの吸気装置。
【請求項２】
前記耐圧容器から低濃度酸素誘導路を延ばし、この低濃度酸素誘導路の出口をエンジンファンカバーの吸込口に接続することにより、酸素濃度の低い空気を吸引排気させることを特徴とする請求項１記載のエンジンの吸気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸素濃度の高い空気をエンジンに供給するエンジンの吸気装置の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エンジンは、空気中の酸素で燃料を燃焼させることで動力が得られる。燃焼室の容積が一定の場合に、エンジン出力を向上させる方法として、過給器でより多くの空気を燃焼室へ送り込むことが実用化されている。又は、空気中の酸素濃度が高くなればエンジンの出力を高めることができる。
空気の酸素濃度を高くする方法として、空気を酸素濃度の高い空気と酸素濃度の低い空気とに分離する酸素富化膜を使用する技術が知られている（例えば、特許文献１（図）参照。）。
この特許文献１の技術を図面に基づいて以下に説明する。
図７に示すように、エンジンの吸気装置１０１では、エアクリーナ１０２で浄化された空気が、一部矢印（１）のように過給機１０３から通路１０４に流入し、残部が矢印（２）のように直進する。空気の一部は、矢印（１）のように、過給機１０３から通路１０４を通り、バルブ１０５を介して酸素富化器１０６に送られる。送り込まれた空気は酸素富化器１０６で、酸素濃度の高い空気と酸素濃度の低い空気とに分離される。
【０００３】
酸素濃度の高い空気は、矢印（３）のように、通路１０７を介して再び過給機１０３の一次側へ送られる。一方、酸素濃度の低い空気は、矢印（４）のように、通路１０８から外部へ排出される。他方、矢印（３）の空気に矢印（２）の空気が混合され、矢印（５）のように、エンジン１０９に送られる。通常の空気に比較して、酸素濃度の高い空気がエンジン１０９に送られるので、エンジン１０９での燃焼性が向上する。
【０００４】
しかしながら、一旦、酸素富化器１０６を通過した酸素濃度の高い空気（矢印（３））の一部が、矢印（１）のように再び酸素富化器１０６に戻り循環するため、酸素富化の効率が悪い。
【０００５】
また、過給機１０３では送り出す空気の圧力は、それほど高められず、酸素富化器１０６内の酸素富化膜１１０の前後で圧力差が小さいので、酸素富化の処理能力が低い。酸素富化の処理能力を高めるには、酸素富化膜１１０の面積を広げる必要があり、酸素富化器１０６が大型になる。すなわち、小型で酸素富化の処理能力が高いエンジンの吸気装置が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６４−２９６６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、小型で酸素富化の処理能力が高いエンジンの吸気装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に係る発明は、酸素濃度の高い空気をエンジンに供給するエンジンの吸気装置において、このエンジンの吸気装置は、前記エンジンの近傍に設けられ空気を圧縮する空気圧縮機と、この空気圧縮機に接続され前記圧縮された空気を取り込む耐圧容器と、この耐圧容器に収納され前記圧縮された空気を酸素濃度の高い空気と酸素濃度の低い空気とに分離する酸素富化器と、この酸素富化器に接続され分離された酸素濃度の高い空気を貯留する高濃度酸素貯留室と、からなり、前記空気圧縮機で圧縮することで前記酸素濃度の高い空気を前記エンジンの吸気管に導き、前記酸素濃度の低い空気を前記耐圧容器から掃気することを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る発明は、耐圧容器から低濃度酸素誘導路を延ばし、この低濃度酸素誘導路の出口をエンジンファンカバーの吸込口に接続することにより、酸素濃度の低い空気を吸引排気させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に係る発明では、エンジンの吸気装置は、酸素富化器で発生した酸素濃度の高い空気をエンジンの吸気管へ導く。
酸素濃度の高い空気を循環させることなく、その全量をエンジンの吸気管へ送るので、酸素富化の効率がよい。
加えて、エンジンの吸気装置は、空気圧縮機で高圧の空気を送り出す。酸素の密度を高くし、酸素富化器の酸素富化膜の前後で圧力差を大きくするので、酸素富化の処理能力を高くすることができる。
さらに、酸素富化の処理能力を高めても、高圧であれば酸素富化膜の面積が小さくて済むので、エンジンの吸気装置を小型にすることができる。
【００１１】
さらに加えて、酸素濃度の高い空気を供給し、酸素濃度の低い空気の掃気するために、酸素富化器の一次側と二次側のそれぞれにポンプを配置している吸気装置に比較して、本発明では空気圧縮機だけで済むので、装置の構成を簡単にすることができる。
【００１２】
請求項２に係る発明では、耐圧容器から低濃度酸素誘導路を延ばし、この低濃度酸素誘導路の出口をエンジンファンカバーの吸込口に接続することにより、酸素濃度の低い空気を吸引排気させるようにした。酸素濃度の低い空気を耐圧容器から速やかに排出し、新たな空気を耐圧容器へ送り込むことができるため、酸素富化の効率をより一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】エンジンの全体を示す斜視図である。
【図２】エンジンの吸気装置を示す平面図である。
【図３】酸素富化膜を酸素が通過する状態を説明する図である。
【図４】酸素富化装置における酸素富化の原理を説明する図である。
【図５】本発明に係るエンジンの吸気装置の作用を説明する図である。
【図６】本発明に係るエンジンの吸気装置の効果を説明する図である。
【図７】従来の技術に係るエンジンの吸気装置を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
【実施例】
【００１５】
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１に示されるように、エンジン１０は、ベース１１と、このベース１１の上に設けられているエンジン本体１２と、このエンジン本体１２の上部に設けられている燃料タンク１３と、吸入された空気から異物を除去するエアクリーナ１４と、吸入された空気をエンジン本体１１に導く吸気管１５と、エンジン本体１１に供給する空気に燃料を気化して混合するキャブレータ１６と、エンジン本体１１から排出される排気の騒音を低減させるマフラー１７と、エンジン本体１１を冷却する冷却風の取入口となるエンジンファンカバー１８と、エンジン１０を始動させるリコイルスタータ１９と、吸気管１５に酸素濃度の高い空気を送るエンジンの吸気装置２０（詳細後述）と、からなる。
【００１６】
次にエンジンの吸気装置２０について説明する。
図２に示されるように、エンジンの吸気装置２０は、エンジン１０の近傍に設けられ空気を圧縮する空気圧縮機２１と、この空気圧縮機２１に接続され圧縮された空気を導く圧縮空気誘導管２２と、この圧縮空気誘導管２２に接続され圧縮された空気を取り込む耐圧容器２３と、この耐圧容器２３に収納され圧縮された空気を酸素濃度の高い空気と酸素濃度の低い空気とに分離する酸素富化器２４と、この酸素富化器２４に接続され分離された酸素濃度の高い空気を貯留する高濃度酸素貯留室２５と、この高濃度酸素貯留室２５に接続され酸素濃度の高い空気を吸気管（図１、符号１５）に導く高濃度酸素管２６とからなる。
【００１７】
エンジン本体１２の駆動軸２７に設けられている駆動プーリ３１に掛けたベルト又はチェーンを介して従動プーリ３２を回転させ、空気圧縮機２１を作動させる。空気を空気圧縮機２１で圧縮することで酸素濃度の高い空気をエンジン１０の吸気管１５に導き、酸素濃度の低い空気を耐圧容器２３から掃気する。
【００１８】
また、耐圧容器２３から低濃度酸素誘導路３３を延ばし、この低濃度酸素誘導路３３の出口３４をエンジンファンカバー１８の吸込口３５に接続することにより、酸素濃度の低い空気を吸引排気させる。
【００１９】
酸素富化器２４は、酸素を窒素より速く通過させる酸素富化膜（詳細後述）と、この酸素富化膜を通過した酸素濃度の高い空気を高濃度酸素貯留室２５に誘導する高濃度酸素誘導路３６とを備えている。
なお、符号３７は外気を空気圧縮機２１に取入れる空気取入口である。
【００２０】
次に酸素富化膜の原理を説明する。
図３に示されるように、酸素富化膜３８を境にして、図左側の空気を圧縮して高圧にし、図右側を低圧にする。酸素富化膜３８を境にして圧力差を設けると、空気の一部が酸素富化膜３８を通過し高圧側から低圧側へ移動する。
【００２１】
図左側の圧縮された空気４１の成分構成は、おおよそ窒素７９％、酸素２１％である。この圧縮された空気４１が酸素富化膜３８を通過するとき、酸素が窒素より速く通過する。酸素富化膜３８を通過した酸素濃度の高い空気４２の成分構成は、おおよそ窒素７０％、酸素３０％となる。
【００２２】
一方、酸素富化膜３８を通過しなかった残りの空気は、酸素富化膜３８の表面を流れる。そして、多量の窒素と、少量の酸素とで構成される酸素濃度の低い空気４３、４３になる。
なお、実施例では、高圧側と低圧側の圧力差を約６０ｋＰａとしたが、５０ｋＰａ、７０ｋＰａ等、圧力差があれば他の値であっても差し支えない。また、酸素富化膜３８は、材質がシリコンの薄い膜であることが好ましいが、酸素を富化する材質であれば、他の材質であっても差し支えない。
【００２３】
次に酸素富化器２４の基本原理について説明する。
図４（ａ）に示されるように、圧縮された空気を、圧縮空気誘導管２２から耐圧容器２３に入れると、酸素富化器２４の外側が高圧になる。圧縮された空気４１は、低圧側である酸素富化器２４の内側へ移動しようとし、酸素富化膜３８を通過する。
【００２４】
すると、（ｂ）に示すように、酸素富化膜３８を通過した酸素濃度の高い空気４２は、高濃度酸素誘導路３６を介して高濃度酸素貯留室２５に入り、高濃度酸素管２６に送られる。
一方、酸素富化膜３８を通過しない酸素濃度の低い空気４３は、酸素富化膜３８の表面上を流れ、低濃度酸素誘導路３３から掃気される。
【００２５】
なお、説明の便宜上、酸素富化器２４は、酸素富化膜３８で囲んだチャンバー４４を１個にしたが、このチャンバー４４を複数個重ねても差し支えない。チャンバー４４を複数個重ねることにより、酸素富化膜３８の面積が広くなり、酸素富化の効率を向上させることができる。
【００２６】
以上の述べたエンジンの吸気装置２０の作用を次に述べる。
図５において、圧縮された空気は、矢印（５）のように、空気圧縮機２１から耐圧容器２３へ送られる。圧縮された空気は、矢印（６）のように、酸素富化器２４を通る。酸素濃度の高い空気は、矢印（７）のように、高濃度酸素貯留室２５に送られ、高濃度酸素管２６を介してエンジン１０の吸気管（図１、符号１５）に供給される。
【００２７】
一方、酸素濃度の低い空気は、矢印（９）のように、酸素富化器２４を通り耐圧容器２３から出される。耐圧容器２３から出された酸素濃度の低い空気は、矢印（１０）のように、低濃度酸素誘導路３３を通り、矢印（１１）のように、エンジンファンカバー１８に導き吸引される。
【００２８】
次に本発明に係るエンジンの吸気装置の効果を説明する。
図６において、（ａ）の比較例に係るエンジンの吸気装置１２０は、空気を送るポンプ１２１と、酸素富化器１２２と、この酸素富化器１２２を収納する収納ケース１２３と、を備えている。
【００２９】
ポンプ１２１から送り出された空気は、矢印（１２）のように、収納ケース１２３に入る。酸素富化器１２２の酸素富化膜１２４を通過した酸素濃度の高い空気は、矢印（１３）のように、エンジン１２５の吸気管１２６に送られる。
一方、酸素富化膜１２４を通過しない酸素濃度の低い空気は、矢印（１４）のように、収納ケース１２３の出口から排出される。
【００３０】
比較例に係るエンジンの吸気装置１２０において、空気が酸素富化膜１２４を通過することで、ある程度酸素濃度の高い空気をエンジン１２５に供給することができる。
しかしながら、ポンプ１２１では、空気を送り出すだけであるので、酸素富化膜１２４の外側と内側の圧力差が小さい。大量の酸素濃度の高い空気をエンジン１２５に送るためには、酸素富化膜１２４の面積を大きくしなければならない。結果、エンジンの吸気装置１２０は大型になる。
【００３１】
（ｂ）の実施例に係るエンジンの吸気装置２０では、矢印（１５）のように、空気圧縮機２１で圧縮された空気を送り出す。酸素富化膜３８の外側と内側の圧力差が大きくなり、高密度になった空気中の酸素は、酸素富化膜３８を通過し易くなる。酸素濃度の高い空気は、矢印（１６）のように、エンジンに供給される。
【００３２】
一方、酸素富化膜３８を通過しない酸素濃度の低い空気は、矢印（１７）のように、耐圧容器２３から排出される。耐圧容器２３内は高圧であるため、酸素濃度の低い空気は外部へ排出されやすい。空気圧縮機２１から新しい空気を送り込み易くなるので、酸素富化の効率が向上する。
また、空気圧縮機２１から高圧の空気が送られてきても、耐圧容器２３であれば、高圧を保つことができる。
以上により、エンジンの吸気装置２０を小型にすることができる。
【００３３】
尚、本発明に係るエンジンの吸気装置は、汎用エンジンに適用したが、自動車、特殊車両のエンジンにも適用でき、他のエンジンに使用しても差し支えない。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明に係るエンジンの吸気装置は、汎用エンジンに好適である。
【符号の説明】
【００３５】
１０…エンジン、１５…吸気管、１８…エンジンファンカバー、２０…エンジンの吸気装置、２１…空気圧縮機、２３…耐圧容器、２４…酸素富化器、２５…高濃度酸素貯留室、３３…低濃度酸素誘導路、３４…低濃度酸素誘導路の出口、３５…ファンカバーの吸込口、３６…高濃度酸素誘導路、３８…酸素富化膜、４１…圧縮された空気、４２…酸素濃度の高い空気、４３…酸素濃度の低い空気。
【図１】
2010270681.tif 000003
【図２】
2010270681.tif 000004
【図３】
2010270681.tif 000005
【図４】
2010270681.tif 000006
【図５】
2010270681.tif 000007
【図６】
2010270681.tif 000008
【図７】
2010270681.tif 000009