(57)【要約】【課題】簡便な装置によってエンジンの吸気に酸素濃度の低い空気を供給可能とする。【解決手段】吸気配管がその長手方向に垂直な断面において吸気配管の中心軸に対して一方の向きである偏りの向きに偏った配置で磁気発生源を備える磁気配管部を備え、磁気発生源は磁気配管部の内側を向く磁極が同じ磁極であるように配置されており、さらに、磁気配管部の下流側に分岐配管を備えており、分岐配管は吸気配管の中心軸に対し前記偏りの向きと同じ向きに吸気配管から枝分かれする形状で接続されている。【選択図】図１
2014125947.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載されるエンジンのために備えられた低酸素濃度吸気供給装置であって、
エンジンの吸気配管がその長手方向に垂直な断面において該吸気配管の中心軸に対して一方の向きである偏りの向きに偏った配置で複数の磁気発生源を備える磁気配管部を備え、
前記磁気発生源は前記磁気配管部の内側を向く磁極が同じ磁極であるように配置されており、
さらに、
前記磁気配管部の下流側において吸気の一部をエンジン外に流す分岐配管を備えており、
前記分岐配管は前記吸気配管の中心軸に対し前記偏りの向きと同じ向きに前記吸気配管から枝分かれする形状で接続されている
ことを特徴とする低酸素濃度吸気供給装置。
【請求項２】
前記磁気配管部はエンジンの吸気配管がその長手方向に沿った稜線をもつ稜線配管部であり、
前記偏りの向きは前記稜線配管部長手方向に垂直な断面において前記稜線配管部の中心軸に対して前記稜線の位置する向きであり、
前記磁気配管部が前記偏りの向きに偏った配置で備える前記磁気発生源として、前記稜線配管部は、前記稜線を挟む２面の前記稜線近傍の位置であって、前記稜線を挟む２面がなす角を２等分する面に対して互いに略対象の位置に、互いに傾いて対向した向きで配置される、対になった前記磁気発生源を備え、
前記磁気発生源は対向する磁極が同じ極であるように配置されており、
さらに、
前記稜線配管部の下流側において前記稜線近傍を通過する吸気をエンジン外に流す前記分岐配管を備えており、
前記分岐配管は前記吸気配管の中心軸に対し前記稜線の位置する向きと同じ向きに前記吸気配管から枝分かれする形状で接続されている
ことを特徴とする請求項１記載の低酸素濃度吸気供給装置。
【請求項３】
前記分岐配管はその途中に開閉弁を備えていることを特徴とする請求項１または２記載の低酸素濃度吸気供給装置。
【請求項４】
前記分岐配管は強制排気機構を有することを特徴とする請求項１乃至３記載の低酸素濃度吸気供給装置。
【請求項５】
前記分岐配管が有する前記強制排気機構は、前記分岐配管の分岐部と反対側の端がエンジンの排気配管に接続され、前記排気配管への接続部分にベンチュリ管構造を設けてなるものであることを特徴とする請求項４記載の低酸素濃度吸気供給装置。
【請求項６】
前記稜線配管部の前記稜線の位置する向きは、前記稜線配管部の中心軸に対して重力の向きと同じ向きに位置することを特徴とする請求項１乃至５記載の低酸素濃度吸気供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンを搭載した車両において、エンジンへの吸気における酸素濃度を低下させるための低酸素濃度吸気供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気は、窒素約７９ｖｏｌ％、酸素約２１ｖｏｌ％、をその成分に含んで構成されている。また、酸素はその磁化率が１０６．２、窒素は磁化率が−０．４３であり、酸素は窒素に比べ磁化率が大きい。そこで、従来から、このような酸素と窒素の磁化率の違いを利用して、空気中の酸素成分と窒素成分の比率を変えた空気を作ることが知られている。さらに、このような原理を利用した装置を、自動車エンジンの吸気経路に用い、供給する空気の酸素濃度を高めたり低下させたりして自動車の性能向上に寄与する技術が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、エンジンの吸気経路に配設され、供給する空気における酸素濃度を高める装置であって、空気を流通させる流通管部の外周側に空気の流通方向と略直交する方向に磁界を生じさせる磁石装置を配設し、その下流側に流通断面積を徐々に拡大する拡径管部と、その下流側において拡径管部から延長された分離外管部と、その内部において少なくともその中央部分を含むように開口させた分離内管部とよりなる分離通路とを有しており、分離通路の分離内管部と分離外管部との間に進入した空気をエンジンに供給し、分離内管部内に進入した空気を外部に排気するよう構成されている酸素富化装置が提案されている。
【０００４】
一方、従来から、エンジンの燃焼温度が高い場合に、酸素濃度の低い吸気を供給することによって燃焼温度を下げ、これにより、ＮＯｘの排出を低減できる、あるいは、ガソリンエンジンにおけるノッキングの発生を低減できることが知られている。例えば、従来知られた排気ガス再循環装置（ＥＧＲ）においては、エンジンの排気が燃焼後のガスであるため酸素濃度が低いことを利用して、排気の一部を、冷却した後吸気側に再循環させ、エンジンに酸素濃度の低い吸気を供給することによって、燃焼温度を下げ、ＮＯｘ低減やノッキング低減を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−８３８０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、低酸素濃度の吸気供給によって燃焼温度を下げられるようにエンジンにＥＧＲを備えると、そのかわりに、空冷の場合は冷却用の熱交換器が大型であったり、あるいは水冷の場合は冷却液を循環させる複雑な配管を必要とするなど、大掛かりな装置が必要となり、結果、車両を小型化あるいは軽量化するのは困難であるという問題点があった。
【０００７】
一方、上述したような酸素富化装置において、酸素富化した空気をエンジンに供給する代わりに、排気されていた酸素濃度が低い空気をエンジンに導くことで、エンジンに酸素濃度が低い吸気を供給できる。しかしながら、この場合、配管が分離外管部と分離内管部を有するなど構造が複雑となり、やはり車両を小型化あるいは軽量化するのは困難であるという問題点があった。
【０００８】
本発明は上述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡便な装置によってエンジンの吸気に酸素濃度の低い空気を供給可能とすることにより、エンジン燃焼温度を下げることを可能にしつつ同時に車両の小型化性あるいは軽量化性を損なわないことにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、車両に搭載されるエンジンのために備えられた低酸素濃度吸気供給装置であって、エンジンの吸気配管がその長手方向に垂直な断面において該吸気配管の中心軸に対して一方の向きである偏りの向きに偏った配置で複数の磁気発生源を備える磁気配管部を備え、前記磁気発生源は前記磁気配管部の内側を向く磁極が同じ磁極であるように配置されており、さらに、前記磁気配管部の下流側において吸気の一部をエンジン外に流す分岐配管を備えており、前記分岐配管は前記吸気配管の中心軸に対し前記偏りの向きと同じ向きに前記吸気配管から枝分かれする形状で接続されていることを特徴とする低酸素濃度吸気供給装置が提供され、上述した問題を解決することができる。
【００１０】
すなわち、本発明にかかる低酸素濃度吸気供給装置においては、磁界を、磁界によって磁気配管部を流れる吸気中の酸素を分離し、分離した酸素リッチ空気を磁気配管部の偏りの向きのほうに集めるようなもの、とすることができる。さらに、偏りの向きのほうに集まった酸素リッチ空気が吸気管内の吸気の流れに伴って流れていく位置で分岐配管が枝分かれする。このため、吸気からの酸素リッチ空気の分離と分岐配管への送り込みが効率的になされる。こうして吸気配管に残った低酸素濃度の吸気がエンジンに供給されることによるエンジン燃焼温度の低下を実現できる。また、磁気発生源は偏りの向きに偏った配置で使われるだけであるので、通常重量の大きい部品からなる磁気発生源は少量しか必要とはされず、車両の軽量性を損なわない。また同時に、分岐配管は、枝分かれする形状の配管である構成とされていることにより、複雑な構造の配管を要しない簡易な構造であり、車両の小型軽量性を損なわない。
【００１１】
また、本発明にかかる低酸素濃度吸気供給装置においては、従来のＥＧＲの導入による低酸素濃度吸気の供給と比べて、大きな熱交換器または冷却液配管などの複雑な構造も不要なため、構造が簡易であるという利点、また車両の重量やサイズを大きく増やすこともないという利点がある。さらに、従来のＥＧＲ付エンジンに比べると、ＥＧＲにおいて対応が難しかった運転条件においてもエンジン燃焼温度低下を実現できる。
【００１２】
また、本発明において、さらに、前記磁気配管部はエンジンの吸気配管がその長手方向に沿った稜線をもつ稜線配管部であり、前記偏りの向きは前記稜線配管部長手方向に垂直な断面において前記稜線配管部の中心軸に対して前記稜線の位置する向きであり、前記磁気配管部が前記偏りの向きに偏った配置で備える前記磁気発生源として、前記稜線配管部は、前記稜線を挟む２面の前記稜線近傍の位置であって、前記稜線を挟む２面がなす角を２等分する面に対して互いに略対象の位置に、互いに傾いて対向した向きで配置される、対になった前記磁気発生源を備え、前記磁気発生源は対向する磁極が同じ極であるように配置されており、さらに、前記稜線配管部の下流側において前記稜線近傍を通過する吸気をエンジン外に流す前記分岐配管を備えており、前記分岐配管は前記吸気配管の中心軸に対し前記稜線の位置する向きと同じ向きに前記吸気配管から枝分かれする形状で接続されていることが望ましい。
【００１３】
すなわち、本発明にかかる低酸素濃度吸気供給装置においては、磁界を、磁気配管部である稜線配管部を流れる吸気中の酸素の分離、および、分離した酸素リッチ空気を稜線配管部の偏りの向きのほうに集めるすなわち稜線付近に集めること、が、効率的に行われるようなもの、とすることができる。さらに、稜線付近に集まった酸素リッチ空気が吸気管内の吸気の流れに伴って流れていく位置で分岐配管が枝分かれする。このため、吸気からの酸素リッチ空気の分離と分岐配管への送り込みがさらに効率的になされる。こうして吸気配管に残った低酸素濃度の吸気がエンジンに供給されることによるエンジン燃焼温度の低下をさらに効率的に実現できる。同時に、磁気発生がさらに効率的に行われているので、より一層、車両の軽量性の維持を確実にすることができる。
【００１４】
また、本発明において、さらに、前記分岐配管はその途中に開閉弁を備えていることが望ましい。
【００１５】
このように構成されていれば、燃焼温度が高くなりやすく低酸素濃度吸気が特に求められる場合にのみ、弁の開度を大きくして低酸素濃度吸気供給機能を発揮させて燃焼温度を下げることが可能となり、一方吸気に酸素を十分供給したほうがよい運転条件では、弁の開度を小さくしたり弁を閉とすることができる。このようにして、車両の運転条件をより幅広くしつつ排気浄化あるいはノッキング防止できるという効果を有する。
【００１６】
また、本発明において、さらに、前記分岐配管は強制排気機構を有することが望ましい。
【００１７】
このように構成されていれば、より確実に、発生した酸素リッチ空気を、分岐配管に吸入させつまりエンジンへの吸気から除去できる。結果、エンジンへの低酸素濃度吸気の供給をより安定的に行えるという効果を有する。
【００１８】
また、本発明において、さらに、前記分岐配管が有する前記強制排気機構は、前記分岐配管の分岐部と反対側の端がエンジンの排気配管に接続され、前記排気配管への接続部分にベンチュリ管構造を設けてなるものであることが望ましい。
【００１９】
このように構成されていれば、発生した酸素リッチ空気の分岐配管への吸入が、可動部が無い簡便な構造で達成でき、耐故障性に優れまた製造も容易とできる。
【００２０】
また、本発明において、さらに、前記稜線配管部の前記稜線の位置する向きは、前記稜線配管部の中心軸に対して重力の向きと同じ向きに位置するものであることが望ましい。
【００２１】
このように構成されていれば、酸素は窒素より単位体積あたりの重量が大きいことにより、酸素を磁気配管部の偏りの向きのほうに集めることを磁界によって行うと同時に重力によっても行うことができる。従って、より効率的に吸気からの酸素を除去し、すなわちより効率的にエンジンへ低酸素濃度吸気を供給できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係るエンジンと低酸素濃度吸気供給装置を説明するための図である。
【図２】本発明の実施形態に係る稜線配管部の配管軸に垂直な断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る稜線配管部の配管軸に垂直な断面図において磁界の様子を説明する図である。
【図４】本発明の実施形態に係る稜線配管部と分岐配管の分岐部の詳細を説明するための図である。
【図５】本発明の実施形態に係る稜線配管部と分岐配管部の分岐部において酸素と窒素の流れを説明するための図である。
【図６】本発明の実施形態に係る分岐配管の下流の排気配管接続部のベンチュリ構造の一例を説明するための図である。
【図７】本発明の実施形態に係る分岐配管の下流の排気配管接続部のベンチュリ構造の他の一例を説明するための図である）。
【図８】本発明の別の実施形態に係る稜線配管部の配管軸に垂直な断面図である。
【図９】本発明のさらに別の実施形態に係る磁気配管部の配管軸に垂直な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について、図１乃至図８を参照しつつ説明する。ただし、以下に説明する部材、配置等は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
なお、それぞれの図中、同じ符号を付してあるものについては同一の部材が示され、適宜説明が省略されている。
【００２４】
まず、本実施形態にかかるエンジンと低酸素濃度吸気供給装置を、図１を用いて説明する。
本発明の実施形態にかかるエンジンと低酸素濃度吸気供給装置は、ガソリンエンジンとそのエンジンに低酸素濃度の吸気を供給するよう構成されてなるものである。
【００２５】
エンジン１は、シリンダ１５の内部において、ピストン３が摺動可能に収納され、燃焼室５が形成されたものとなっている。そして、燃焼室５と連通するように吸気配管７と排気配管９が接続されたものとなっている。
そして、燃焼室５には、吸気配管７の上流側の空気吸入口２１で外気から吸入された吸入空気が、吸気配管７の空気吸入口２１の下流で燃焼室５より上流側に設けられたスロットルバルブ１１を介して導入される一方、燃焼後の排気が、排気配管９を介して排気されるようになっている。
【００２６】
また、燃焼室５と吸気配管７との間には、双方の連通を制御する吸気弁１７が、燃焼室５と排気配管９との間には、双方の連通を制御する排気弁１９が、それぞれ設けられている。
また、吸気弁１７の上流側の適宜な位置には、気筒数に応じてインジェクタ１３が設けられている。
【００２７】
さらに、本発明の実施形態においては、吸気配管７の空気吸入口２１とスロットルバルブ１１の間に、低酸素濃度吸気供給装置３１が設けられており、吸気中の酸素濃度を低下せしめてエンジンに吸気として供給することが可能となっている。
かかる低酸素濃度吸気供給装置３１は、吸気配管７の一部がその長手方向に沿った稜線４３をもつ形状とされている。なお、稜線とは、例えば図１の４３のように、隣り合う二つの面が交わってできる線のことである。吸気配管７の一部である稜線４３を持つ部分は、稜線配管部４１とされている。本実施形態では、稜線配管部４１は、断面が三角形形状とされている。
さらに、低酸素濃度吸気供給装置３１は、稜線配管部４１の稜線４３を挟む２面４５、４７（図２参照）の稜線近傍の位置に、対になった磁気発生源５１、５３（図２参照）を備えている。
さらに、低酸素濃度吸気供給装置３１は、稜線配管部４１の下流側において、稜線４３近傍を通過する吸気をエンジン外に流す分岐配管６１を備えている。分岐配管６１は、分岐部６３で吸気配管７から枝分かれする形状とされている。また、分岐配管６１の途中に開閉弁６５が設けられている。さらに、分岐配管６１は、分岐部６３と反対側の端が、分岐配管排気配管接続部６７とされ、排気配管９に接続されている。
【００２８】
次に、本発明の実施形態における稜線配管部４１と磁気発生源５１、５３の詳細について、図２および図３を参照しつつ説明する。
【００２９】
図２は、稜線配管部４１の配管軸に垂直な断面における断面図である。稜線配管部４１は稜線４３をもつ。本実施形態では、断面は三角形形状とされている。また、稜線４３を挟む２面４５、４７の稜線４３近傍の位置に、対になった磁気発生源５１、５３が備えられている。磁気発生源５１、５３は、磁気を発生するものであればよいが、本実施形態では、永久磁石で構成されている。なお、この対になった磁気発生源５１，５３は、稜線４３を挟む２面４５、４７がなす角を２等分する面４９に対して互いに略対象の位置に、互いに傾いて対向した向きで配置されている。また、対になった磁気発生源５１、５３は、対向する磁極が共に同じＮ極であるように配置されている。
【００３０】
図３は、稜線配管部４１の配管軸に垂直な断面における断面図において、対になった磁気発生源５１、５３によって発生する磁界の様子を説明する図である。磁気発生源５１、５３は、図３に示すように、対向する磁極が共に同じＮ極であるように配置されている。このため、磁界は、面４９に対して略対象な形で発生する。また、磁気発生源５１、５３は、図３に示すように、面４５、４７に沿うように、すなわち、互いのＮ極が他方に対してやや内向き（配管の中心方向）を向くように、互いに傾いて対向した向きで配置されている。このため、磁界は、５１、５３の両磁気発生源間の領域からやや配管の中心位置に寄った位置において面４９に平行な向きにそろった向きに効率的に発生している。
【００３１】
吸気中ガスの成分の中で磁化率の高い成分である酸素は、このような磁界によって、ちょうど砂鉄が磁石に引き寄せられるのと同じようにして、配管内の稜線４３の付近に集められる。すなわち、まず、吸気配管７内で、より多くの吸気が流れる部分である、中心に近い部分を流れる吸気は、５１、５３の両磁気発生源間の領域からやや配管の中心位置に寄った位置の、面４９に平行な向きであり、かつ向きのそろった磁界の部分の付近を通過することとなる。この際、この部分を通過する吸気中の酸素は、磁界によって磁気分極を生じ、しかして、この向き、すなわち、面４９に平行な磁界の向きに、磁力発生源５１、５３に近づくように引き寄せられ、その後は、磁力発生源５１、５３の近くに留まったまま下流に流れていくこととなる。また、磁力発生源５１、５３の近くは稜線４３付近であり、稜線配管部４１の配管形状によって、稜線４３付近に一旦集められた酸素は撹乱を受けにくく再び拡散しにくい。なお、吸気中ガスの成分の中で磁化率の低い成分である窒素は、磁界によってこのように集められることはない。従って、このようにして、吸気中から酸素が分離されることとなる。
【００３２】
次に、本発明の実施形態における稜線配管部４１とその下流側で分岐する分岐配管６１の分岐部、および、その中を流れる吸気中の酸素と窒素の流れを、図４および図５を用いて説明する。
【００３３】
吸気中の酸素は、図３を用いた説明のようにして、磁界によって、稜線配管部４１内で、稜線４３付近に集められ、そのまま下流側へ流れていく。この様子は図５に説明されている。一方、図４に示すように、稜線配管部４１の下流側には、吸気配管７の中心軸に対し稜線４３の位置する向きと同じ向きに吸気配管７から枝分かれする形状で分岐配管６１が接続されている。このため、図５に示すように、稜線配管部４１で稜線４３付近に集められた酸素はそのまま分岐配管６１に流れ込むこととなる。このようにして、分岐配管６１には酸素リッチな空気が流れ込む。一方、窒素はこのような動きをしないため、そのままエンジンに流れ込む。このようにして、エンジンには窒素リッチな空気が流れ込むこととなる。
【００３４】
なお、吸気配管７の中心軸に対し稜線４３の位置する向き、すなわち分岐配管６１が吸気配管７から枝分かれする向きが、重力の向きと同じとされている。すなわち、図４および図５の紙面における下方が重力の向きとされている。酸素は標準状態で１ｍｏｌすなわち２２．４Ｌあたり３２ｇ、一方窒素は標準状態で１ｍｏｌすなわち２２．４Ｌあたり２８ｇであることが知られている。すなわち、酸素はその単位体積当たりの質量が窒素より重い。このため、吸気配管７の中心軸に対し稜線４３の位置する向きが重力の向きと同じであるため、上述の磁界によって酸素が稜線配管部４１の稜線４３付近に集められる作用と、重力によって酸素が稜線配管部４１の稜線４３付近に集められる作用が、あわせて発揮される。このため、酸素が一層効率よく分離される。
【００３５】
このような本実施形態によれば、例えば酸素濃度を約４％低下させて酸素比率を１７％程度とした吸気をエンジンに供給することが可能である。一方、ここで、比較のため、従来のＥＧＲによる低酸素濃度吸気供給を考えてみる。ＥＧＲは通常吸気の２０％程度を再循環ガスに置き換えるのが上限とされているため、ＥＧＲによる吸気中の酸素濃度低下幅は、約２０％(ＥＧＲによる吸気ガス)×２１％（ＥＧＲによる再循環ガス中に酸素が無いことによる吸気中の酸素の低減量）≒約４％程度である。このことによりわかるように、本発明の実施によって、従来ＥＧＲによって行ってきた低酸素濃度供給機能を簡便な構成の装置によって置き換えることが十分可能である。
【００３６】
なお、図５に示すごとく、本実施形態においては、分岐配管６１の途中には、開閉弁６５が設けられている。この開閉弁６５の開度を大きくすれば、酸素リッチな空気をより多く分岐配管６１に流れ込ませることができる。一方この開閉弁６５の開度を小さくすれば、酸素リッチな空気は少ししか分岐配管６１に流れ込むことができず、大半は窒素リッチな空気と再び混じってエンジンに吸気される。このようにして、開閉弁６５の開度によって、吸気中の酸素濃度を必要に応じて調節し、すなわち燃焼温度低下機能の程度を調節することが可能なようにされている。
なお、吸気中の酸素濃度の必要に応じた調節は、本実施形態における開閉弁によってする例の他に、たとえば、磁気発生源５１、５３の片方または両方を電磁石で構成し、この電磁石をオン・オフすることによって行ってもよい。
【００３７】
次に、本発明の実施形態における強制排気機構として、分岐配管６１の分岐部６３と反対側の端の、排気配管９に接続されている部分である、分岐配管排気配管接続部６７と、この部分に設けられた強制排気機構としてのベンチュリ管構造について、図６および図７を用いて説明する。
分岐配管６１に流れ込んだ酸素リッチ空気は、分岐配管６１内を流れ、分岐配管排気配管接続部６７で排気配管９に流れ込むようにされている。ここで、図６に示すように、排気配管９は、分岐配管排気配管接続部６７付近でその管径が狭まるようにされており、すなわち、ベンチュリ管構造をとるようにされている。このため、ベンチュリ管の原理により、排気配管９内を流れる排気ガスの流れによって、分岐配管６１内のガスは吸引される。このことにより、分岐配管６１に流れ込む酸素リッチ空気は強制排気される構成となっている。従って、分岐配管６１の酸素リッチ空気は確実に除去され、吸気配管７内の吸気の低酸素濃度吸気の供給が有効に行われることとなる。
【００３８】
なお、分岐配管排気配管接続部６７付近におけるベンチュリ管の構成としては、図６の構成の他に、例えば、分岐配管排気配管接続部６７付近の排気管内に、排気ガスの流れに対しその流路の断面積を減ずる障害物体が設けてあるものであってもよい。
【００３９】
また、分岐配管排気配管接続部６７付近におけるベンチュリ管の構成としては、図７のような構成でもよい。図７の構成では、分岐配管排気配管接続部６７において、排気配管９は２重管構造をとっており、２重管の内側の管６９が管内径が狭まる構造とされており、その部分に分岐配管６１が開口している。このような構成としても、２重管の内側の管６９内を通過する排気ガスの流れによって、ベンチュリ管の原理によって、分岐配管６１内のガスは吸引される。
【００４０】
なお、分岐配管６１の酸素リッチ空気の強制排気機構としては、ベンチュリ管構造によるもの以外によるものであってもよい。例えば、分岐配管６１の途中に強制排気機構としてファンを設け、分岐配管６１の分岐部と反対側の端は車両の外に開口している構成とされていてもよい。
【００４１】
以上で述べたように、本実施形態にかかる低酸素濃度吸気供給装置３１においては、まず、車両に搭載されるエンジン１のために備えられた低酸素濃度吸気供給装置３１であって、エンジン１の吸気配管７がその長手方向に沿った稜線４３をもつ稜線配管部４１を備えている。稜線配管部４１は、稜線４３を挟む２面４５、４７の稜線４３近傍の位置であって、稜線４３を挟む２面４５、４７がなす角を２等分する面４９に対して互いに略対象の位置に、互いに傾いて対向した向きで配置される、対になった磁気発生源５１、５３を備えている。磁気発生源５１、５３は対向する磁極が同じ極であるように配置されている。さらに低酸素濃度吸気供給装置３１は、稜線配管部４１の下流側において稜線４３近傍を通過する吸気をエンジン外に流す分岐配管６１を備えており、分岐配管６１は吸気配管７の中心軸に対し稜線４３の位置する向きと同じ向きに吸気配管７から枝分かれする形状で接続されている。
【００４２】
このように構成されているので、本実施形態にかかる低酸素濃度吸気供給装置３１においては、図３に示すように、磁界の発生を、磁界によって稜線配管部４１を流れる吸気中の酸素の分離および分離した酸素リッチ空気を稜線配管部４１の稜線４３付近に集めることが効率的に行われるようなもの、とすることができる。したがって、通常重量の大きい部品からなる磁気発生源５１、５３は少量しか必要とはされず、車両の軽量性を損なわない。さらに、稜線４３付近に集まった酸素リッチ空気が吸気配管内７の吸気の流れに伴って流れていく位置で分岐配管６１が枝分かれしている。このため、吸気からの酸素リッチ空気の分離と分岐配管６１への送り込みが効率的になされ、吸気配管７に残った低酸素濃度の吸気がエンジン１に供給されることによるエンジン燃焼温度の低下を効率的に実現できる。同時に、磁気発生が効率的に行われているので、例えば電磁石や永久磁石など通常重量の大きい部品からなる磁気発生源５１、５３は少量しか必要とはされず、車両の軽量性を損なわない。また同時に、分岐配管７は、枝分かれする形状の配管である構成とされていることにより、従来の技術のように内部の分離内管部と分離外管部との間に進入した空気と分離内管部内に進入した空気とを分けるといった複雑な構造の配管を要しない、簡易な構造であり、車両の小型軽量性を損なわない。
【００４３】
また、本実施形態にかかる低酸素濃度吸気供給装置３１によって、上述したように、従来知られているＥＧＲによる低酸素濃度吸気の供給による燃焼温度低下機能を、置き換え可能である。しかして、ＥＧＲによる低酸素濃度吸気の供給と比べた場合、大きな熱交換器または冷却液配管などの複雑な構造も不要なため、構造が簡易であるという利点、また車両の重量やサイズを大きく増やすこともないという利点がある。
【００４４】
またさらに、従来のＥＧＲ付エンジンにおいては、排気ガスの再循環を強制的に促す機構が十分な能力を持たないものがあり、このようなものがガソリンエンジンに備えつけられている場合、排気ガスの吸気配管への供給口は通常スロットルバルブの下流に開口していた。再循環される排気ガスをスロットルバルブの下流部分の吸気の負圧を利用して吸い込ませるためである。このため、このようなエンジンにおいては、ＥＧＲによる低酸素濃度吸気供給機能は、スロットルバルブの開度が小さく、ある程度の負圧が発生する運転条件でしかその機能を十分発揮できなかった。これに対し、本実施形態のエンジン１においては、負圧の発生を必要としないので、このような従来のＥＧＲ付きガソリンエンジンにおいて対応が難しかった運転範囲であるスロットル開度が比較的大きい運転条件においても酸素濃度低下機能を発揮できるため、より幅広い運転条件においてのエンジン燃焼温度低下の機能提供が可能である。
【００４５】
また、従来のＥＧＲ付エンジンにおいては、エンジン始動直後や燃料カット運転直後で排気配管内に燃焼ガスが存在していない間は酸素濃度低下機能を発揮できないが、本実施形態の低酸素濃度吸気供給機能はこのような場合にも酸素濃度低下機能を発揮できる。すなわちより幅広い運転条件においてのエンジン燃焼温度低下の機能提供を可能である。
【００４６】
なお、従来の低酸素濃度吸気供給装置が無くＥＧＲも無いエンジンでは、たとえば、アイドル運転状態などの要求される燃料の量が少ない運転状態においては、少ない燃料量に合わせた量の酸素のエンジンへの供給は、スロットルバルブの開度を小さくするように制御することによって行っていた。ところが、スロットルバルブの開度を小さくすると、吸気に負荷がかかるために、いわゆるポンビング・ロスと呼ばれる損失が発生していた。一方、従来のＥＧＲ付エンジンは、酸素がほとんど含まれない排気ガスをスロットルバルブの下流の吸気に再循環することによって、スロットルバルブの開度を小さくする制御がされていても吸気できるガスの量を多くしポンピング・ロスの発生を抑えていた。しかし、上述したように、ＥＧＲは構造が複雑であった。また一方、従来の配管が分離外管部と分離内管部を有する酸素富化装置を低酸素濃度の吸気の供給に使うエンジンの場合においては、低酸素濃度の吸気を供給することが可能なため、燃料の量が少ない運転条件においても低酸素濃度吸気を供給することが可能であるため、スロットルバルブの開度を小さくするような制御によらなくても燃料量に合わせた量の酸素供給が可能で、すなわちポンピング・ロスの発生を抑えることが可能であった。しかし、やはり構造が複雑であった。これに対し、本実施形態の低酸素濃度供給装置３１を備えたエンジン１は、従来のＥＧＲ付エンジンや従来の酸素富化装置を低酸素濃度の供給に使うエンジンのような複雑な構造を要することなく、かつ、少ない燃料量に合わせた量の酸素をエンジン１に供給するためのスロットルバルブ１１の開度を小さくするような制御によらずにポンピング・ロスの発生を抑えることが可能となっている。
【００４７】
また、本実施形態においては、さらに、分岐配管６１はその途中に開閉弁６５を備えている。
【００４８】
このように構成されているので、燃焼温度が高くなりやすく低酸素濃度吸気が特に求められる場合にのみ、開閉弁６５の開度を大きくして低酸素濃度吸気供給機能を発揮させて燃焼温度を下げることが可能であり、一方吸気に酸素を十分供給したほうがよい運転条件では、開閉弁６５の開度を小さくしたり開閉弁６５を閉とすることができる。このようにして、車両の運転条件をより幅広くしつつ排気浄化あるいはノッキング防止できるという効果を有するようにされている。なお、分岐配管６１途中の開閉弁６５を開とするのに好適な運転条件としては、燃焼温度が高くなりやすい運転条件である。このような運転条件としては、例えば、高負荷運転時、長時間の高負荷運転の直後、外気温が高く冷却水温度が高い場合などが挙げられる。なお、これ以外の運転条件においては分岐配管６１途中の開閉弁６５を閉じるようにすればよい。
【００４９】
また、本実施形態においては、さらに、分岐配管６１は強制排気機構を有する。
【００５０】
このように構成されているので、より確実に、発生した酸素リッチ空気を、分岐配管６１に吸入させつまりエンジン１への吸気から除去している。結果、エンジン１への低酸素濃度吸気の供給をより安定的に行えるという効果を有する。
【００５１】
また、本実施形態においては、さらに、分岐配管６１が有する強制排気機構は、分岐配管６１の分岐部６３と反対側の端がエンジン１の排気配管９に接続され、排気配管９への接続部分６７にベンチュリ管構造が設けられている。
【００５２】
このように構成されているので、発生した酸素リッチ空気の分岐配管６１への吸入が、可動部が無い簡便な構造で達成でき、耐故障性に優れまた製造も容易である。
【００５３】
また、本実施形態においては、さらに、稜線配管部４１の稜線４３の位置する向きは、稜線配管部４１の中心軸に対して重力の向きと同じ向きに位置するようにされている。
【００５４】
このように構成されているので、酸素は窒素より単位体積あたりの重量が大きいことにより、酸素を稜線配管部４１の稜線４３付近に集めることを磁界によって行うと同時に重力によっても行うことができる。従って、より効率的に吸気からの酸素を除去し、すなわちより効率的にエンジン１へ低酸素濃度吸気を供給できる。
【００５５】
なお、以上の実施形態において、稜線を挟む２面４５、４７としては、三角形形状の断面のものにおいて稜線４３に相当する断面の三角形の頂点を挟む２辺に相当する平面を説明した。しかしながら、稜線４３を挟む２面としては、本発明で述べたように発生した磁界によって酸素リッチ空気を稜線付近に効率的に集めるようにされていれば、たとえば、図８に示すように、近傍の周囲に比べて曲率の小さい曲面、すなわち曲線の曲がり具合が小さい曲面４５、４７でもよく、本発明として説明した範囲内で種々改変可能である。
【００５６】
また、稜線４３としては、本実施形態においては断面の三角形の頂点に相当する形状としてとがった形の場合を説明した。しかしながら、稜線４３としては、本発明で述べたように発生した磁界によって酸素リッチ空気を稜線４３付近に効率的に集めるようにされていれば、たとえば、図８に示すように稜線４３がＲ面取りされた形状であってもよく、あるいはＣ面取り形状とされていてもよく、本発明として説明した範囲内で種々改変可能である。
【００５７】
さらに、稜線配管部４１形状のうち稜線４３を挟む２面以外の部分においても、本実施形態においては三角形形状の断面のものにおいて説明した。しかしながら、この形状に限られるものではなく、たとえば図８に示すように、曲面形状でもよく、本発明として説明した範囲内で種々改変可能である。
【００５８】
また、本実施形態においては、磁気配管部８１として中心軸に垂直な断面における形状が三角形形状である稜線配管部４１のものにおいて説明した。しかしながら、磁気配管部８１の断面形状としては、この他、円形形状のものでもよい。その場合、例えば図９に示すように、磁気配管部８１の断面において磁気発生源５１、５３、５５が、磁気配管部８１の断面において中心軸に対して一方の向きである偏りの向き８３に偏った配置とされていて、磁気発生源５１、５３、５５は磁気配管部８１の内側を向く磁極が同じ磁極（図９ではＮ極）であるように配置されており、また同時に、磁気配管部８１の下流に備えられる分岐配管６１は、吸気配管７の中心軸に対し偏りの向き８３と同じ向きに、吸気配管７から枝分かれするようにされていればよい。このように、本発明として説明した範囲内で種々改変可能である。
【００５９】
また、本実施形態においては、磁気配管部８１である稜線配管部４１と分岐配管６１の分岐部６３はスロットルバルブ１１の上流側に設けられている。しかしながら、本発明はこの場合に限られるものではなく、磁気配管部８１と分岐配管６１の分岐部６３はスロットルバルブ１１の下流側の吸気配管に設けるようにすることも可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１        エンジン
３        ピストン
５        燃焼室
７        吸気配管
９        排気配管
１１      スロットルバルブ
１３      インジェクタ
１５      シリンダ
１７      吸気弁
１９      排気弁
２１      空気吸入口
３１      低酸素濃度吸気供給装置
４１      稜線配管部
４３      稜線
４５      稜線を挟む面
４７      稜線を挟む面
４９      稜線を挟む２面がなす角を２等分する面
５１      磁気発生源
５３      磁気発生源
５５      磁気発生源
６１      分岐配管
６３      分岐部
６５      開閉弁
６７      分岐配管排気配管接続部
６９      分岐配管排気配管接続部の排気配管の内側の管
８１      磁気配管部
８３      偏りの向き
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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